1 Adversidades na Geração de Fontes Renováveis
O descasamento entre geração de fontes renováveis solar e eólica e o perfil de demanda da rede é uma adversidade constante e um desafio para as matrizes energéticas com alta participação de fontes renováveis. Somente no Brasil a geração proveniente das fontes solar e eólica corresponde à 20,94% da potência instalada na matriz elétrica brasileira (ANEEL, 2024).
Visto que os novos empreendimentos de usinas hidrelétricas têm apresentado dificuldade na regularização das vazões em escala mensal já que não contam com grandes reservatórios de acumulação (EPE, 2020), cria-se uma necessidade de flexibilidade de atendimento à demanda. A geração solar e eólica, por serem diretamente dependentes de fatores climáticos, apresentam variações de potência de geração não controláveis, somente podendo disponibilizar potência controlável através da integração de elementos armazenadores de energia.
O maior horário de demanda da rede nacional ocorre em horário que não apresenta geração solar efetiva. Com o advento de baterias para armazenamento de energia, é possível transferir o perfil de geração renovável para melhor corresponder à demanda da rede. Dessa forma, a instalação de sistemas de armazenamento por baterias pode permitir a geração em horário que a energia é mais necessária.
2 Uso de Baterias no Armazenamento de Energia
O desenvolvimento de baterias para essa aplicação tem produzido modelos novos que já podem ser integrados à rede. Recentes projetos realizados em Henan 100.8 MW/125.8 MWh e Jiangsu 101 MW/202 MWh na China já entraram em operação (XIANGJUN LI, 2019). No Brasil, em 2019, foi inaugurada a primeira usina de geração solar e armazenamento de energia em Uberlândia, um projeto de 1,36MWh (SINDICATO DA CONSTRUÇÃO, GERAÇÃO, TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA E GÁS NO ESTADO DE MATO GROSSO).
Com a alocação de sistemas de baterias às usinas de geração solar, há a possibilidade de realizar expansão do sistema de geração sem necessariamente expandir suas linhas de transmissão. Isso pode ocorrer ao se controlar o fluxo de potência durante o dia para o carregamento das baterias e descarregando esses elementos de armazenamento à noite, quando não há mais geração, e injetando na rede a potência de entrega nominal da usina.
Os sistemas de baterias também apresentam a vantagem de ser de acionamento mais rápido que as termelétricas. Atendendo a demandas inesperadas com mais velocidade, uma vez que não existe a necessidade de preparar o aquecimento como no caso de termelétricas a carvão, que demoram de 1 a 6 horas para partir a geração (TOLMASQUIM, 2016). Assim, os sistemas híbridos proporcionam mais flexibilidade de atendimento à demanda utilizando sistemas de geração já implantados.
Justamente por prover potência nos momentos de maior demanda, interrupções do fornecimento de energia por atuação indevida contribuem mais para desestabilizar a rede. Dessa forma, é importante que os sistemas de proteção garantam o funcionamento correto e seguro desses sistemas. Para isso, é imprescindível que a proteção do sistema seja confiável, ajustada ao seu perfil de operação. O correto desenvolvimento do estudo de proteção e parametrização dos relés de proteção é essencial para que isso ocorra.
3 Importância dos Sistemas de Proteção
Para o correto uso de uma filosofia de proteção adequada, se faz necessário o conhecimento aprofundado de análise de estudos de proteção, análise de curto-circuito e circuitos elétricos, e ainda de modelagem de sistemas de geração. Sendo integrados às tecnologias de simulação. Também se faz necessário o emprego de conhecimentos ligados à eletrônica de potência, materiais elétricos e sistemas de energia renovável.
Uma característica importante que se altera entre a filosofia de proteção de geração distribuída solar simples e a filosófica de geração de sistemas solares com BESS é a função 32 (direcional de potência). Isso ocorre uma vez que para a proteção de sistemas convencionais o direcional de potência deve atender apenas à demanda da instalação, ao passo que para sistemas PV BESS essa potência deve ser suficiente para a demanda da instalação acrescida da potência do banco de baterias.
Vale lembrar que a alimentação do BESS deve ser realizada preferencialmente pela rede, nesse momento sendo possível a proteção com a função direcional de potência convencional. Entretanto, existe a possibilidade de que seja necessário o abastecimento com a rede, e quando isso ocorrer o sistema de proteção não deve identificar o abastecimento do BESS como uma falha do sistema.
A Erro! Fonte de referência não encontrada ilustra a aplicação da diferença entre os elementos direcionais de potência aparente distintos em cada uma das possíveis aplicações. Em vermelho observa-se a proteção direcional injeção na rede, esse direcional está ajustado para 1 MVA de forma a exemplificar a máxima injeção de potência com o uso apenas do sistema fotovoltaico. Em verde é ilustrado o direcional que tem o objetivo representar o limite de consumo da instalação durante o carregamento completo de um sistema de baterias de potência equivalente a 0,5 MVA. E em azul o direcional de potência que tem a função de representar o limite de demanda da instalação com valor de 80 kVA sem BESS.
Observa-se que apesar do BESS possuir potência máxima de carregamento de 0,5 MVA, a sua proteção direcional é ajustada para 580 kVA. Isso ocorre uma vez que a instalação também estará consumindo sua demanda básica de 80 kVA. Em amarelo é ilustrado o cenário de injeção máxima do sistema PV juntamente com a injeção proveniente do BESS totalizando 1,5 MVA.
A geração PV somada à injeção do BESS utilizada no horário de pico de geração dificilmente se tornará um cenário, uma vez que o período máximo de geração solar é fora do horário de pico de consumo da rede. Em instalações industriais como ocorre na Honeywell, ainda é possível identificar a injeção de energia proveniente do BESS durante o horário de geração solar Erro! Fonte de referência não encontrada. Entretanto, tal fato ocorre visto que o horário de pico local ocorre entre 11:00 e 21:00.
Diferentemente de instalações de geração distribuída, o objetivo das instalações industriais é utilizar o PV+BESS para reduzir o pico de demanda de rede durante o horário de demanda.
4 Conclusão
A integração de sistemas de armazenamento de energia por baterias (BESS) com fontes renováveis, como solar e eólica, desponta como uma solução estratégica para resolver o desafio crítico de sincronizar a geração de energia com a demanda da rede elétrica. No contexto brasileiro, onde as fontes renováveis desempenham um papel cada vez mais relevante na matriz energética, o uso de baterias não apenas garante maior flexibilidade no fornecimento de energia, mas também maximiza o aproveitamento dos recursos existentes, evitando a necessidade de expansão das caras e complexas infraestruturas de transmissão. Isso coloca os sistemas BESS como um componente essencial para uma transição energética sustentável e eficiente.
5 Referências
ANEEL. Matriz Renováveis/Não Renováveis da Aneel. Site da Superintendência de Concessões, Permissões e Autorizações dos Serviços de Energia Elétrica da ANEEL, 2024. Disponível em:
<https://app.powerbi.com/view?r=eyJrIjoiNjc4OGYyYjQtYWM2ZC00YjllLWJlYmEtYzdkNTQ1MTc1NjM2IiwidCI6IjQwZDZmOWI4LWVjYTctNDZhMi05MmQ0LWVhNGU5YzAxNzBlMSIsImMiOjR9>. Acesso em: 3 Março 2024.
BARAKAT, M. Development of models for integrating renewables and energy storage components in smart grid applications. Cherbourg: Normandie Université, 2018. Disponível em:
<https://theses.hal.science/tel-01981668/document>. Acesso em: 2 Fevereiro 2024.
BEHNAM ZAKERI, S. S. Electrical energy storage systems: A comparative life cycle cost analysis. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 42, Fevereiro 2015. 569-596. Disponível em: <https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032114008284>. Acesso em: 02 Fevereiro 2024.
DÍAZ-GONZÁLEZ, F. et al. A review of energy storage technologies for wind power applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Barcelona, 18 Fevereiro 2012. 2154-2171. Disponível em: <https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1364032112000305>. Acesso em: 2 Fevereiro 2024.
EPE. METODOLOGIA: PROJEÇÃO DE CURVA DE CARGA HORÁRIA. Ministério de Minas e Energia. [S.l.], p. 27. 2020.
GATTA, F. M. et al. Modelling of Battery Energy Storage Systems under Faulted Conditions: Assessment of Protection Systems. 2016 IEEE 16th International Conference on Environment and Electrical Engineering (EEEIC). Florença: IEEE. 2016. p. 1-6.
MAHAT, P.; CHEN, Z.; BAK-JENSEN, B. Review of Islanding Detection Methods for Distributed Generation. 2008 Third International Conference on Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies. Nanjing: IEEE. 2008. p. 2743-2748.
SEYED-EHSAN, R. et al. Impact of distributed generation on protection and voltage regulation of distribution systems: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Maio 2019. 157-167. Disponível em:<https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032119300668>.Acesso em: 02 Fevereiro 2024.
SINDICATO DA CONSTRUÇÃO, GERAÇÃO, TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA E GÁS NO ESTADO DE MATO GROSSO. SINDENERGIA. Disponível em:
<https://www.sindenergia.com.br/mostra.php?noticia=10437>.Acesso em: 4 Março 2024.
TOLMASQUIM, M. T. ISBN 978-85-60025-05-3. In: TOLMASQUIM, M. T. Energia Termelétrica: Gás Natural, Biomassa, Carvão, Nuclear. Rio de Janeiro: epe, 2016. p. 91. ISBN 978-85-60025-05-3.
XIANGJUN LI, S. W. Energy Management and Operational Control Methods for Grid Battery Energy Storage Systems. CSEE JOURNAL OF POWER AND ENERGY SYSTEMS, 7, n. 5, 3 Junho 2019. 1026-1040. Disponível em: <https://ieeexplore.ieee.org/document/8735431?denied=>.Acesso em: 2 Fevereiro 2024.