Quando um sistema de armazenamento de energia ESS faz sentido para uma fábrica

Quando um sistema de armazenamento de energia ESS faz sentido para uma fábrica?

Para muitas fábricas, a questão já não é saber se os custos de energia estão a aumentar. Eles estão. A questão mais prática é saber se um sistema de armazenamento de energia ESS pode resolver um problema operacional real, em vez de apenas adicionar mais uma rubrica ao orçamento de capital.

Na indústria transformadora, as decisões sobre energia raramente são isoladas. Elas situam-se entre o planeamento da produção, o carregamento dos transformadores, as tarifas de eletricidade, os requisitos de energia de reserva e, cada vez mais, a integração de energias renováveis. Um sistema de armazenamento faz sentido quando aborda uma ou mais dessas questões de forma mensurável. Caso contrário, mesmo um projeto tecnicamente sólido pode acabar subutilizado.

Por isso, o ponto de partida correto não é a capacidade da bateria. É o perfil de carga da fábrica.

Os melhores projetos ESS começam com um problema, não com um produto

As fábricas frequentemente analisam soluções de armazenamento depois de ouvirem falar de redução de picos ou autoconsumo solar, mas o verdadeiro motivo costuma ser mais específico. Uma unidade industrial pode enfrentar picos acentuados de procura provocados por motores, fornos, compressores ou linhas de produção que arrancam simultaneamente. Outra pode lidar com eventos frequentes de tensão de curta duração, que não justificam um sistema completo de geração de reserva, mas ainda assim perturbam processos sensíveis. Em algumas instalações, a própria tarifa da concessionária cria o caso de negócio, especialmente quando as tarifas de procura ou os preços por período horário são elevados.

Um sistema de armazenamento de energia ESS tende a fazer sentido quando existe pelo menos uma destas condições:

• As tarifas de procura de ponta são suficientemente elevadas para que a redução de intervalos curtos tenha valor.
• A fábrica apresenta uma volatilidade de carga recorrente que sobrecarrega os equipamentos elétricos a montante.
• Interrupções breves ou instabilidade da rede provocam perdas de produção superiores ao custo do armazenamento.
• Existe geração solar no local ou está prevista geração renovável que, de outro modo, seria limitada ou subutilizada.
• A expansão da capacidade pela concessionária é lenta, dispendiosa ou incerta.

Se nenhuma dessas condições existir, a lógica financeira torna-se mais fraca. O armazenamento não é automaticamente o caminho mais barato para reduzir as faturas de eletricidade. Em algumas fábricas, a correção do fator de potência, o agendamento dos processos, as estratégias de arranque suave dos motores ou a reconfiguração dos transformadores proporcionarão retornos mais rápidos e com menor complexidade.

A redução de picos é frequentemente o caso de utilização mais claro

Na prática, a redução de picos é onde muitos projetos ESS industriais comprovam primeiro o seu valor. Não porque pareça avançada, mas porque corresponde à forma como as fábricas realmente consomem energia: uma carga de base relativamente estável, interrompida por picos dispendiosos.

Uma oficina de estampagem, uma unidade de moldagem por injeção ou uma instalação de processamento de metais pode atingir a sua procura máxima apenas durante um número limitado de intervalos por mês. No entanto, esses intervalos podem representar uma parte significativa da fatura da concessionária. O armazenamento pode descarregar durante essas janelas e reduzir o pico faturado. O detalhe fundamental é a duração. Alguns picos duram 10 a 20 minutos. Outros persistem durante horas, durante a produção em plena capacidade. Uma bateria dimensionada para o primeiro padrão pode ser economicamente viável; uma bateria dimensionada para o segundo pode tornar-se demasiado grande para se justificar.

É aqui que muitas avaliações iniciais falham. Os decisores concentram-se no consumo mensal total, mas o projeto ESS depende mais da forma e do momento da carga do que do total de quilowatts-hora adquiridos.

A análise dos dados de intervalos de 15 ou 30 minutos geralmente revela rapidamente a realidade. Se a unidade industrial apresenta picos estreitos e previsíveis, o armazenamento merece uma análise aprofundada. Se a carga já é plana e elevada durante todo o dia, a oportunidade de poupança pode ser limitada.

A energia de reserva é importante, mas não é sempre igual

Algumas fábricas consideram um sistema de armazenamento de energia ESS porque pretendem dispor de energia de reserva. Essa pode ser a razão certa, mas apenas se todos forem precisos quanto ao significado de “reserva”.

Se o objetivo for manter toda a fábrica em funcionamento durante uma interrupção prolongada, o armazenamento por bateria pode ser dispendioso, a menos que a duração da interrupção seja curta ou as cargas críticas sejam limitadas. Se o objetivo for fornecer energia de continuidade para sistemas de controlo, equipamentos de automação, bombas críticas, infraestruturas de dados ou procedimentos de paragem segura, o armazenamento torna-se muito mais prático.

Por outras palavras, o ESS é frequentemente mais eficaz quando protege a continuidade do processo, em vez de substituir todas as funções de um gerador a diesel. Em alguns ambientes industriais, a melhor arquitetura é híbrida: o armazenamento trata da resposta rápida e das interrupções curtas, enquanto os geradores cobrem eventos mais longos. Essa abordagem também pode reduzir o sobredimensionamento dos geradores.

As instalações com equipamentos sensíveis também devem olhar para além da frequência das interrupções. Afundamentos de tensão, cintilação e transitórios curtos podem criar custos ocultos superiores aos dos apagões, especialmente quando estão envolvidos lotes rejeitados, reinicializações de linhas ou disparos de equipamentos. A capacidade do armazenamento para resolver essas questões depende do projeto da eletrónica de potência, da coordenação da proteção da instalação e do perfil real das perturbações.

O lado do transformador é frequentemente ignorado na decisão

Como os sistemas elétricos das fábricas são construídos em torno da transformação e distribuição, o ESS nunca deve ser avaliado apenas como uma decisão relativa à bateria. Ele afeta o carregamento dos alimentadores, as definições de proteção, o comportamento perante curto-circuitos, as harmónicas e o desempenho térmico dos transformadores.

Isso é especialmente importante em unidades industriais onde o transformador de distribuição existente já opera próximo dos limites práticos durante os picos de produção. Em alguns casos, o armazenamento pode reduzir o esforço de sobrecarga temporária e adiar a atualização do transformador. Noutros, a instalação de armazenamento exige uma análise mais cuidadosa das configurações de comutação, do dimensionamento dos cabos e da coordenação no lado de média e baixa tensão.

Para aplicações industriais interiores, os equipamentos do tipo seco são frequentemente considerados quando o comportamento perante incêndios, a facilidade de manutenção ou o ambiente de instalação representam uma preocupação. Em projetos associados a atualizações da distribuição em média tensão, componentes como oTransformador de Distribuição Trifásico de Tipo Seco com Resina Fundida de 11 kV podem integrar o projeto elétrico mais amplo, não porque o ESS exija por defeito um produto específico, mas porque os projetos de armazenamento frequentemente expõem fragilidades ou limitações na arquitetura de distribuição existente.

Esta é uma área em que fornecedores experientes de equipamentos elétricos acrescentam valor. As empresas que trabalham em aplicações de transmissão, distribuição e energia industrial tendem a compreender todo o percurso, desde a ligação à rede até à carga de utilização final. Essa visão abrangente é importante. A Jinshida Electric Power Technology, por exemplo, dedica-se à I&D e ao fabrico de equipamentos de transmissão e distribuição para a indústria transformadora, construção de redes elétricas, novas energias e projetos de infraestruturas. Nas discussões sobre ESS, esse tipo de experiência é útil porque o sistema de baterias tem de funcionar dentro de uma rede elétrica real, e não num diapositivo de apresentação.

O ESS torna-se mais atrativo quando a energia solar já está em consideração

As fábricas que instalam sistemas solares em telhados ou no solo descobrem frequentemente que a geração e o consumo não coincidem tão perfeitamente como esperado. A produção aos fins de semana pode ser reduzida. A produção ao meio-dia pode exceder a procura local durante determinados períodos. Ou as regras de injeção na rede podem ser restritivas. Nessas condições, o armazenamento pode aumentar o autoconsumo e reduzir a geração desperdiçada.

Ainda assim, é um erro presumir que todas as fábricas com energia solar precisam de baterias. Se a unidade industrial já consumir a maior parte da sua produção solar em tempo real, o valor incremental do armazenamento pode ser modesto. O caso torna-se mais forte quando a produção solar excede regularmente a carga, quando as tarifas noturnas são elevadas ou quando a unidade pretende maior resiliência da sua configuração de energia distribuída.

Mais uma vez, a estrutura tarifária é determinante. Sem compreender os preços de importação, a compensação pela energia exportada e as tarifas de procura, é impossível avaliar se armazenar a energia solar é mais vantajoso do que utilizá-la diretamente, exportá-la ou reprogramar a produção.

O que verificar antes de aprovar um projeto

Uma fábrica deve ser cautelosa se uma proposta de ESS se basear em promessas gerais sem detalhes operacionais. Antes de avançar, algumas perguntas costumam distinguir os projetos sólidos dos projetos demasiado otimistas:

• Que problema de carga específico está a ser resolvido: procura de ponta, energia de reserva, qualidade da energia, deslocação da energia solar ou adiamento da expansão da capacidade?
• Quantos ciclos de carga e descarga são esperados por dia ou por semana?
• Qual é a duração de descarga necessária à potência pretendida?
• O sistema atenderá toda a instalação ou apenas os barramentos críticos?
• Como interagirá com os transformadores, aparelhagem de manobra, sistemas de proteção e controlos existentes?
• Que restrições operacionais resultam do acordo de interligação com a concessionária ou dos códigos locais?

Se essas respostas forem vagas, o projeto provavelmente ainda não está pronto. Uma decisão ESS bem fundamentada resulta normalmente de dados de intervalos medidos, de um perfil operacional realista e de uma análise unifilar do sistema elétrico.

Também é importante ser realista quanto à manutenção e ao controlo. O armazenamento não é uma caixa passiva. Envolve gestão da bateria, gestão térmica, controlos PCS, comunicações e questões de integração do sistema. Nenhuma dessas questões é motivo para rejeitar o ESS, mas são razões para tratá-lo como uma infraestrutura industrial, e não como um complemento rápido para reduzir os custos de eletricidade.

Quando a resposta provavelmente é não

Há fábricas onde um sistema de armazenamento de energia ESS é tecnicamente possível, mas comercialmente pouco vantajoso. Se a tarifa tiver uma diferença mínima entre períodos horários, se as tarifas de procura forem baixas, se as interrupções forem raras e não críticas e se a carga já for estável, o armazenamento pode não justificar o investimento. O mesmo se aplica a unidades industriais cujo principal problema seja um projeto inadequado de distribuição interna, e não o momento do consumo de energia. Nesses casos, atualizar os transformadores, alimentadores ou controlos do processo pode ser mais sensato do que adicionar baterias.

Outro ponto de cautela: algumas instalações esperam que o armazenamento resolva todos os problemas de energia de uma só vez. Isso não acontecerá. O ESS pode ser muito eficaz, mas funciona melhor quando a aplicação é suficientemente específica para ser modelada e suficientemente relevante para ter impacto financeiro.

Uma forma prática de tomar a decisão

Para uma fábrica, o momento certo para investir em armazenamento geralmente surge quando três fatores se alinham: o problema elétrico é claro, os preços da concessionária favorecem a intervenção e a infraestrutura local consegue suportar a integração sem custos ocultos de atualização.

Por isso, a decisão deve envolver tanto as operações como a engenharia do sistema elétrico. Um gestor de produção pode observar a perda de produção causada por perturbações. A equipa financeira pode identificar as tarifas de procura. Um engenheiro elétrico pode perceber que o verdadeiro estrangulamento está ao nível do transformador ou do alimentador. Os bons projetos ESS ligam as três perspetivas.

Se a fábrica já estiver a analisar atualizações da distribuição, a adicionar novas cargas ou a expandir a energia solar, esse é frequentemente o momento ideal para avaliar o armazenamento em paralelo. A economia e o projeto elétrico são mais fáceis de otimizar em conjunto do que de adaptar separadamente. E, se a renovação de equipamentos de média tensão fizer parte dessa discussão, elementos como oTransformador de Distribuição Trifásico de Tipo Seco com Resina Fundida de 11 kV podem tornar-se parte de um plano mais amplo de fiabilidade e eficiência, em vez de constituírem uma compra isolada.

No final, um ESS faz sentido para uma fábrica quando resolve um problema específico de energia melhor do que as alternativas. Não porque o armazenamento esteja na moda, nem porque se espere que todas as unidades industriais modernas tenham um. As instalações que mais beneficiam são normalmente aquelas que realizam primeiro o trabalho menos visível: recolher dados de carga por intervalos, analisar o sistema de distribuição, testar as premissas tarifárias e definir exatamente o que significa sucesso antes da chegada do equipamento.