Novas tendências na integração de sistemas de armazenamento de energia em 2025: soluções inteligentes de gestão, desde as células da bateria até os contêineres
2025-04-22
Segundo as estatísticas da base de dados da EESA, a capacidade instalada de armazenamento de energia a nível global tem vindo a crescer rapidamente desde 2017, com uma taxa média de crescimento de 93% nos últimos cinco anos (2019-2023). Em 2024, o mercado global de armazenamento de energia deverá contar com cerca de 188,5 GWh de nova capacidade instalada, representando um aumento de 80% em relação ao ano anterior. Deste total, a China contribui com 107,1 GWh de nova capacidade instalada, o que corresponde a aproximadamente 57% do total mundial, destacando-se como uma força importante no impulso ao desenvolvimento do mercado global de armazenamento de energia.
Dominant Application: Source-Grid Energy Storage
From the perspective of application scenarios, China's new installed capacity of source-grid energy storage will be 38.8GW/98.9GWh in 2024, accounting for 92.3% (installed energy caliber) of the new energy storage installed structure, and it is in a dominant position.
Evolução dos Sistemas de Armazenamento de Energia em Nível de Rede
Assim, a evolução das tecnologias de armazenamento de energia em cenários de grande escala tornou-se uma variável-chave que influencia o desenvolvimento da indústria — o sistema de armazenamento de energia em nível de rede está a evoluir de uma simples unidade de armazenamento para um nó central da rede inteligente, com funções como suporte ativo, resposta inercial, entre outras. Esta atualização de posicionamento impõe exigências mais elevadas à tecnologia de integração de sistemas: além de resolver problemas essenciais como a consistência da capacidade das células de armazenamento e a consistência de potência dos equipamentos eletrónicos de potência, é também necessário alcançar avanços em indicadores técnicos complexos, como resposta dinâmica a nível de milissegundos e proteção de segurança multidimensional.
Tecnologias e Arquiteturas de Integração Dominantes
Atualmente, a maioria dos projetos de armazenamento de energia no lado da fonte-rede utiliza soluções conteinerizadas, sendo menos comuns os projetos que empregam sistemas do tipo gabinete. As principais tecnologias de integração atualmente em uso incluem soluções centralizadas, em string, integração CA/CC, cascata de alta tensão, entre outras.
Armazenamento Centralizado vs. Armazenamento em String
Sob a ótica da arquitetura do sistema e dos métodos de gestão, a solução centralizada conecta múltiplos conjuntos de baterias em paralelo ao PCS (sistema de conversão de potência), possibilitando armazenamento e fornecimento de energia de alta potência e alta eficiência. O sistema de armazenamento centralizado destaca-se pela sua capacidade de despacho em grande escala e pela sua relação custo-benefício, sendo amplamente utilizado em cenários de baixa tensão e alta potência.
Já no sistema de armazenamento em string, cada unidade de armazenamento possui funções de controlo e gestão independentes. Sua arquitetura descentralizada confere ao sistema elevada escalabilidade, com vantagens notáveis em termos de flexibilidade e segurança.
Na aplicação prática de projetos, os sistemas em string podem ser configurados com precisão de acordo com os diferentes modos de geração e consumo de energia, sendo adequados para diversos cenários, como parques de carbono zero, armazenamento distribuído de energias renováveis e armazenamento em subestações. No entanto, ainda enfrentam elevados custos de investimento, operação e manutenção.
A solução integrada CA/CC une o sistema CC, com as células de bateria como núcleo, ao sistema CA, com o PCS como núcleo, tanto estrutural quanto funcionalmente, oferecendo uma configuração mais simples e eficiente. Por sua vez, o sistema de armazenamento em cascata de alta tensão adota uma estrutura em topologia de cascata para fornecer eletricidade de alta tensão diretamente, sem necessidade de transformador, aumentando significativamente a eficiência do sistema.
Com o avanço da tecnologia e a expansão da demanda do mercado, surgirão as seguintes tendências de desenvolvimento:
Tendência 1 – Avanço tecnológico: salto duplo em eficiência e segurança integradas
(1). Células de bateria de grande capacidade reconstroem a arquitetura do sistema
Em 2025, a capacidade das células de armazenamento de energia entrará na era dos “600Ah+”. As baterias ultragrandes (como as baterias de 1175Ah da Hithium) lançadas por empresas como a CATL e a Hithium Energy Storage impulsionarão a capacidade dos sistemas de armazenamento de energia para além dos 8MWh. A capacidade de uma única unidade conteinerizada aumentará para mais de 6MWh, a eficiência integrada será 40% superior em comparação com as soluções tradicionais, e o custo do sistema será reduzido para menos de 0,6 yuan/Wh.
Com o aumento da densidade energética, o sistema de armazenamento de energia pode reduzir eficazmente a área ocupada e diminuir o custo total de investimento do projeto, ao mesmo tempo em que aumenta a capacidade por célula. Por isso, a melhoria da densidade energética dos sistemas conteinerizados de armazenamento de energia será uma das direções centrais de desenvolvimento.
Em comparação com os sistemas tradicionais de 3,72MWh, o sistema conteinerizado de 20 pés com 5MWh demonstrou grande potencial de aplicação em diversos cenários, como o lado da geração, o lado da rede e o lado do utilizador. Desde o segundo semestre de 2024, a sua participação nos mercados de licitação e nas aplicações em projetos tem aumentado continuamente, com a capacidade licitada ultrapassando os 11GWh. Com a maturação gradual e a produção em massa da tecnologia de células de bateria de grande capacidade, espera-se que a densidade energética dos sistemas de armazenamento de 20 pés continue a aumentar no futuro, com a capacidade por unidade a evoluir de 5MWh para 6MWh e níveis ainda superiores.
A tecnologia de arrefecimento líquido torna-se padrão, e a gestão de fuga térmica torna-se inteligente
A taxa de adoção de sistemas de armazenamento com arrefecimento líquido já supera os 60%, e a diferença de temperatura entre as baterias é mantida dentro de ±2℃, o que reduz em 70% o risco de incêndio em comparação com os sistemas com arrefecimento por ar. Plataformas de alerta precoce com inteligência artificial, desenvolvidas por empresas como a Huawei e a Sungrow, conseguem prever eventos de fuga térmica com até 30 minutos de antecedência, alcançando uma taxa de precisão de 92%, o que contribui para a redução dos custos de operação e manutenção em 40%.
● Casos típicos:
O Tesla Megapack 2.0 adota um design totalmente baseado em arrefecimento líquido, o que reduz em 50% o tempo de instalação e permite atender às necessidades de expansão flexível em parques industriais.
No entanto, a melhoria da solução global dos sistemas de armazenamento de energia não depende apenas dos avanços na tecnologia das células de bateria, mas também requer o desenvolvimento coordenado de produtos complementares, bem como a investigação, desenvolvimento e adaptação de novas tecnologias. Cada etapa da cadeia necessita de tempo para se aperfeiçoar e adaptar gradualmente. Por um lado, inversores para armazenamento de energia, sistemas de gestão de baterias (BMS) e produtos elétricos periféricos também precisam evoluir em sincronia com a tecnologia das células.
Tendência 2: Alta Integração com Soluções CA/CC
A elevada integração dos sistemas de armazenamento de energia tornou-se uma tendência dominante, e as soluções integradas CA/CC consolidaram-se como padrão do mercado. Em comparação com o modelo tradicional de design dos sistemas de armazenamento, que separa o compartimento de corrente contínua (CC) das baterias do compartimento de corrente alternada (CA) do PCS, exigindo ligação à rede e comissionamento no local, a solução integrada CA/CC permite uma otimização sistemática por meio do acoplamento profundo entre as unidades de bateria e os equipamentos PCS, tanto a nível estrutural quanto na aplicação.
Primeiramente, o sistema de armazenamento de energia integrado CA/CC utiliza cabos padronizados de curta distância para conectar as baterias ao PCS, o que pode reduzir significativamente o risco de arco elétrico e melhorar consideravelmente a segurança do sistema. Em segundo lugar, o design altamente integrado simplifica o processo de instalação no local, melhora a eficiência da implementação, permite a rápida conexão dos equipamentos à rede elétrica, reduz significativamente o prazo de construção e adapta-se melhor ao ambiente de mercado atual. Por fim, através da aplicação integrada de tecnologias adicionais — como a gestão individual por agrupamento ("one cluster one management") — é possível mitigar o efeito gargalo causado pela inconsistência entre células de bateria, aumentar a eficiência na conversão de energia, reduzir a taxa de falhas e perdas, e melhorar significativamente o desempenho do sistema.
Tendência 3: Armazenamento de Energia do Tipo Rede para Atender às Necessidades de Estabilidade
A terceira tendência prevê um aumento significativo na taxa de adoção do armazenamento de energia do tipo rede. À medida que a participação das energias renováveis na geração elétrica continua a crescer, o sistema elétrico exige níveis mais elevados de estabilidade. O armazenamento de energia do tipo rede apresenta vantagens evidentes para enfrentar os desafios de estabilidade impostos pela elevada penetração de fontes renováveis, oferecendo suporte essencial em termos de inércia e estabilidade à rede elétrica. Por isso, espera-se que a sua procura no mercado aumente de forma expressiva nos próximos anos.
No entanto, essa tecnologia ainda apresenta custos elevados e barreiras técnicas consideráveis. O primeiro grande desafio do armazenamento do tipo rede reside no desempenho dos conversores de energia (PCS): é necessário construir uma fonte de tensão capaz de sustentar a operação estável da rede, além de possuir capacidade de sobrecarga de curto prazo. Para garantir essa capacidade de expansão em curto prazo, o PCS precisa contar com uma ampla margem de redundância, o que acarreta num aumento direto do custo do sistema. Em segundo lugar, devido às exigências diferenciadas de cada rede elétrica ou região, os algoritmos de controlo e os modelos de simulação precisam ser constantemente inovados para se adaptar aos diferentes ambientes de rede — o que representa o segundo grande desafio. Por fim, quando vários dispositivos do tipo fonte de tensão estão em operação simultânea, é necessário coordená-los de forma eficiente e resolver possíveis problemas, como correntes circulantes e disputa de potência, desafios técnicos inerentes às soluções de armazenamento do tipo rede.
Tendência 4: Ascensão da Tecnologia de Cascata de Alta Tensão
A tecnologia de cascata de alta tensão está a acelerar a sua penetração no mercado. O sistema de armazenamento de energia com cascata de alta tensão adota uma estrutura em topologia de cascata, capaz de fornecer eletricidade em alta tensão diretamente, sem a necessidade de transformador. Este sistema é composto por um compartimento de armazenamento de energia, um compartimento de distribuição e um compartimento de controlo, sendo adequado para cenários como centrais de energia renovável, regulação de frequência com armazenamento térmico, armazenamento de energia independente, armazenamento de grande escala no lado do utilizador e soluções de armazenamento do tipo rede.
Atualmente, a escala das centrais de armazenamento de energia está a evoluir de centenas de MWh para a era dos GWh. Nessa transição, o sistema de cascata de alta tensão apresenta vantagens significativas em projetos de armazenamento em grande escala, devido à sua capacidade de ligação direta à rede sem transformador, proporcionando alta eficiência global, reduzida ocupação de espaço e elevados retornos sobre o investimento. Além disso, esta tecnologia também apresenta vantagens relevantes na construção de redes, que se refletem principalmente em três aspetos:
● Primeiro
A potência de um único sistema é significativamente superior à das soluções de armazenamento em baixa tensão (geralmente mais de dez vezes), o que permite reduzir o número de dispositivos em paralelo em implantações de grande escala, diminuindo assim a complexidade do controlo coordenado;
● Segundo
O filtro de saída da cascata de alta tensão é um reator. Em comparação com as estruturas de filtro LC ou LCL exigidas pelos sistemas de baixa tensão, a estratégia de controlo é mais simples de implementar e ajuda a evitar riscos de ressonância;
● Terceiro
A cascata de alta tensão realiza a saída diretamente para a rede elétrica, sem necessidade de configuração de transformador, evitando assim os problemas decorrentes das diferenças de desempenho entre o lado de alta tensão e o lado de baixa tensão do transformador.
Certificação de segurança de sistemas de armazenamento de energia: normas UL9540 e UL9540A
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