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Quando uma empresa começa a considerar o armazenamento em baterias, uma das primeiras perguntas costuma ser: Qual deve ser o tamanho do sistema?
Não existe uma resposta única baseada apenas no tamanho do edifício ou na conta de luz mensal. Uma fábrica com consumo de energia constante pode precisar de um sistema de baterias muito diferente de outra fábrica com o mesmo consumo mensal, mas que apresenta picos de demanda curtos e caros.
Para a maioria dos projetos comerciais, o dimensionamento da bateria se resume a duas perguntas:
- Qual potência o sistema precisa fornecer em um determinado momento?
- Por quanto tempo ele precisa continuar entregando essa potência?
A primeira pergunta determina a potência do sistema em kW. A segunda determina a capacidade da bateria em kWh.
Uma fórmula simples para começar
Capacidade necessária da bateria = Carga × Tempo de operação ÷ DoD utilizável ÷ Eficiência do sistema
Essa fórmula oferece um ponto de partida útil, mas o dimensionamento final do sistema também deve refletir o perfil de carga real, a demanda de pico, as cargas críticas e o envelhecimento esperado da bateria.
Comece pela finalidade da bateria
Antes de fazer qualquer cálculo, defina o que a bateria deve fazer principalmente.
Um sistema projetado para redução de picos não é dimensionado da mesma forma que um sistema projetado para backup de emergência. Uma bateria usada para armazenar energia solar gerada durante o dia também pode exigir uma configuração diferente.
Redução de picos
Redução de picos significa usar a bateria quando a demanda de energia da instalação ultrapassa um limite selecionado.
Por exemplo, uma fábrica pode operar normalmente em torno de 500kW, mas ocasionalmente subir para 750kW.. Se o objetivo for manter a demanda da rede abaixo de 600kW, a bateria pode precisar fornecer até 150kW durante o período de pico.
Nesse caso, as principais perguntas são:
- Quantos quilowatts precisam ser reduzidos?
- Quanto tempo o pico normalmente dura?
- Com que frequência ele ocorre?
Backup de Energia
Para energia de backup, o cálculo começa pelos equipamentos que precisam continuar operando durante uma interrupção da rede.
Isso nem sempre significa atender toda a instalação. Em muitos projetos, a bateria precisa fornecer energia apenas para cargas críticas selecionadas, como:
- Sistemas de controle de produção
- Iluminação e comunicações
- Equipamentos de refrigeração
- Bombas de água
- Sistemas de segurança
- Máquinas de produção selecionadas
Separar as cargas críticas das cargas não essenciais geralmente torna o projeto muito mais prático e acessível.
Armazenamento de Energia Solar
Em um projeto de solar mais armazenamento, a bateria pode carregar quando a produção solar é maior do que a carga da instalação e descarregar mais tarde ao longo do dia.
Esse tipo de projeto exige dados horários de geração solar e de consumo de eletricidade. Apenas os totais mensais não são suficientes, pois não mostram quando a energia é produzida ou utilizada.
Para projetos voltados principalmente ao dimensionamento da capacidade da bateria com a produção fotovoltaica, consulte o nosso guia de dimensionamento de armazenamento em bateria solar.
kW e kWh não são a mesma coisa
Este é um dos pontos mais importantes no dimensionamento de baterias comerciais.
kW indica quanta potência o sistema pode fornecer
A potência nominal de um BESS é medida em kW. Ela mostra quanta potência o sistema consegue carregar ou descarregar de uma só vez.
Na maioria dos sistemas comerciais, essa potência é determinada principalmente pelo PCS, ou sistema de conversão de potência.
Um 100kW PCS normalmente consegue fornecer cerca de 100kW de potência contínua em condições nominais. Mesmo se estiver conectado a uma bateria 500kWh, ele ainda não consegue suportar continuamente uma carga 150kW a menos que o sistema tenha capacidade PCS suficiente.
kWh informa por quanto tempo a bateria pode operar
A capacidade da bateria é medida em kWh.
Uma forma simples de entender a relação é:
- Uma bateria 100kWh que suporta uma carga 50kW tem autonomia teórica de duas horas.
- Uma bateria 200kWh que suporta uma carga 50kW tem autonomia teórica de quatro horas.
- Uma bateria 500kWh que suporta uma carga 250kW tem autonomia teórica de duas horas.
Esses são valores teóricos. A autonomia real será menor porque parte da capacidade da bateria normalmente é reservada, e também há perdas de energia durante o carregamento e o descarregamento.
kW informa quanta carga o BESS pode suportar.
kWh informa por quanto tempo consegue suportar essa carga.
Use dados reais de carga sempre que possível
As faturas mensais de energia são úteis, mas raramente fornecem detalhes suficientes para um dimensionamento preciso de BESS.
A informação mais útil normalmente é um perfil de carga 15-minute ou 30-minute. Isso mostra como a demanda de potência varia ao longo do dia.
Ao analisar os dados de carga, preste atenção a:
- Demanda máxima
- Carga operacional média
- Consumo diário de eletricidade
- Horário da demanda de pico
- Duração do período de pico
- Diferenças entre dias úteis e fins de semana
- Variações sazonais
- Carga crítica durante uma queda de energia
Considere duas fábricas que consomem 300,000kWh por mês.
Uma fábrica pode operar com carga estável ao longo do dia. A outra pode ter um pico acentuado de duas horas causado por várias linhas de produção dando partida ao mesmo tempo. Embora o consumo mensal seja semelhante, os requisitos de bateria serão muito diferentes.
Como Calcular a Potência Necessária de PCS
O PCS deve ser grande o suficiente para suportar a potência máxima esperada da bateria.
Para Energia de Backup
Some as cargas críticas que podem operar ao mesmo tempo.
Suponha que a carga crítica seja 80kW.. Adicionando uma margem de 20%, obtém-se:
80kW × 1.2 = 96kW
Um 100kW PCS pode ser uma escolha razoável.
A margem extra pode ajudar a cobrir mudanças temporárias de carga, adições futuras de equipamentos e a corrente de partida de motores ou compressores.
Para Peak Shaving
A potência do PCS deve, em geral, corresponder à maior quantidade de potência que precisa ser removida do pico da rede.
Por exemplo:
- Demanda máxima da instalação: 800kW
- Demanda alvo da rede: 600kW
- Redução necessária: 200kW
O BESS deve ser capaz de fornecer cerca de 200kW durante o período de pico.
Na prática, a potência nominal final do PCS pode ser um pouco maior para deixar alguma margem operacional.
Como Calcular a Capacidade da Bateria
Uma vez conhecida a potência necessária, o próximo passo é calcular quanta energia a bateria deve armazenar.
Capacidade da Bateria = Carga × Tempo de Operação ÷ DoD ÷ Eficiência do Sistema
Nesta fórmula:
- Carga é a saída necessária da bateria em kW.
- Tempo de operação é a duração necessária em horas.
- DoD é a profundidade de descarga utilizável.
- Eficiência do sistema considera a energia perdida na bateria e PCS.
Exemplo de energia de backup
Uma fábrica deseja atender uma carga crítica de 100kW por duas horas.
- Carga crítica: 100kW
- Tempo de backup: 2 horas
- DoD utilizável: 90%
- Eficiência do sistema: 92%
O cálculo é:
100kW × 2 ÷ 0.90 ÷ 0.92 = 241.5kWh
Um sistema padrão em torno de 250kWh ou 261kWh pode ser adequado, dependendo da configuração disponível e da reserva necessária.
Se a mesma carga precisar de quatro horas de backup:
100kW × 4 ÷ 0.90 ÷ 0.92 = 483.1kWh
Neste caso, um sistema em torno de 500kWh pode ser considerado.
Exemplo de cálculo de peak shaving
Para peak shaving, a capacidade da bateria depende tanto da meta de redução quanto da duração do pico.
Suponha que uma fábrica queira reduzir a demanda da rede em 200kW por duas horas.
A necessidade teórica de energia é:
200kW × 2 horas = 400kWh
Após incluir 90% de DoD e 92% de eficiência do sistema:
400kWh ÷ 0.90 ÷ 0.92 = 483.1kWh
Uma configuração possível seria:
- Cerca de 200kW PCS de potência
- Cerca de 500kWh de capacidade da bateria
No entanto, a curva de carga real pode mostrar que a bateria não precisa fornecer 200kW integralmente durante as duas horas inteiras. Nesse caso, a capacidade final da bateria pode ser menor.
É por isso que dados de carga por intervalos são muito mais úteis do que simplesmente multiplicar a demanda máxima pelo número de horas.
Para entender o objetivo financeiro por trás desta aplicação, leia mais sobre como o armazenamento em baterias pode reduzir as cobranças de demanda.
Não use a capacidade nominal total
Uma bateria classificada como 500kWh normalmente não fornece 500kWh integralmente à carga.
Três fatores precisam ser considerados.
Profundidade de descarga
A profundidade de descarga mostra quanto da capacidade nominal da bateria está disponível para uso normal.
Com 90% de DoD, uma bateria de 500kWh fornece cerca de 450kWh antes de incluir outras perdas.
Perdas do sistema
Parte da energia é perdida no PCS, na bateria, no transformador, nos cabos e nos equipamentos auxiliares.
Sistemas de resfriamento, equipamentos de controle e sistemas de proteção contra incêndio também podem consumir uma pequena quantidade de energia.
Envelhecimento da bateria
A capacidade da bateria diminui gradualmente ao longo do tempo.
Se um projeto ainda precisar entregar um determinado tempo de backup após vários anos, o dimensionamento inicial da bateria pode precisar ser maior do que a necessidade do primeiro ano.
Por exemplo, se o projeto precisar de 500kWh ao final do período operacional planejado e a capacidade restante esperada for 80%:
500kWh ÷ 0.80 = 625kWh
Isso não significa que todo projeto deva ser superdimensionado na mesma proporção. A reserva deve se basear na garantia da bateria, no número esperado de ciclos e nas condições de operação.
Erros comuns no dimensionamento comercial de BESS
Considerar apenas o consumo mensal de energia
O consumo mensal não mostra quando os picos de demanda ocorrem nem por quanto tempo duram.
Escolher a capacidade da bateria sem verificar a potência do PCS
Uma bateria grande não consegue suportar uma carga grande se o PCS for pequeno demais.
Tratar a capacidade nominal como capacidade utilizável
O DoD, as perdas de eficiência e as configurações de reserva reduzem a quantidade de energia disponível para a carga.
Tentar fazer backup de todas as cargas
Dar suporte a toda a instalação pode tornar o sistema muito maior do que o necessário. Muitas vezes, é melhor identificar os equipamentos que realmente precisam de energia ininterrupta.
Ignorar a potência de partida dos motores
Bombas, compressores e motores industriais podem consumir muito mais potência durante a partida do que em operação normal.
Escolher o maior sistema possível
Uma bateria maior não é automaticamente um investimento melhor. Se a bateria raramente for usada em plena capacidade, a capacidade extra pode simplesmente aumentar o custo do projeto.
Quais informações devem ser preparadas antes de dimensionar um BESS?
Um fornecedor normalmente consegue preparar uma recomendação mais precisa quando as seguintes informações estão disponíveis:
- Localização do projeto
- Tensão e frequência da rede
- Contas de energia recentes
- Dados de carga do 15-minute ou 30-minute
- Demanda máxima
- Carga crítica
- Tempo de backup necessário
- Capacidade solar existente ou planejada
- Capacidade do transformador
- Espaço disponível para instalação
- Objetivo principal do sistema de baterias
Mesmo que nem todos os dados estejam disponíveis, as informações mais importantes são a carga máxima, a carga crítica, o tempo de operação esperado e o objetivo do projeto.
Perguntas frequentes
Qual tamanho de bateria é necessário para uma carga de 100kW?
Para duas horas de backup, uma carga de 100kW pode exigir cerca de 240kWh ou mais após considerar o DoD e a eficiência do sistema. Para quatro horas, o requisito pode ser de cerca de 480kWh ou mais.
Um 100kW PCS precisa de uma bateria 100kWh?
Não necessariamente. Um 100kW PCS com uma bateria 100kWh é aproximadamente um sistema de uma hora. O mesmo PCS também pode ser combinado com 200kWh, 400kWh ou mais, dependendo do tempo de operação exigido e da taxa de descarga da bateria.
Quanto armazenamento em bateria uma fábrica precisa?
Depende do que se espera que a bateria faça. Um pequeno projeto de peak shaving pode precisar de apenas algumas centenas de kWh, enquanto o backup industrial de longa duração pode exigir vários MWh.
O mesmo BESS pode fornecer backup e peak shaving ao mesmo tempo?
Sim, mas a estratégia de operação deve reservar capacidade de bateria suficiente para backup. Se a bateria for muito descarregada para peak shaving, ela pode não ter energia suficiente disponível quando ocorrer uma falta de energia.
É melhor instalar capacidade extra de bateria?
Uma reserva razoável pode ser útil para o envelhecimento da bateria e o crescimento futuro da carga. No entanto, adicionar capacidade sem uma necessidade operacional clara pode tornar o sistema mais caro e reduzir o retorno financeiro.
Como escolher um dimensionamento prático do sistema
Um projeto útil de BESS não começa com um modelo de produto. Ele começa com o uso real de eletricidade da instalação.
Primeiro, identifique a função que a bateria precisa desempenhar. Em seguida, calcule a potência necessária, o tempo de operação e a capacidade útil da bateria. Depois disso, fatores técnicos como DoD, eficiência, potência de partida do motor e envelhecimento da bateria podem ser adicionados ao cálculo.
Para um projeto de backup simples, o cálculo pode ser direto. Para peak shaving ou gerenciamento de energia solar, a curva de carga normalmente é a informação mais importante.
O objetivo não é escolher a maior bateria. É escolher um sistema que consiga realizar a função necessária sem deixar uma grande quantidade de capacidade cara sem uso.
Você também pode explorar nossos sistemas de armazenamento de energia comercial e industrial para comparar diferentes configurações de BESS em gabinetes e em contêineres.
