Baterias como suporte à distribuição de energia elétrica em redes isoladas

Abstract

Por forma a implementar fontes de energia renovável nas redes elétricas, a integração de sistemas de armazenamento de energia torna-se crucial para neutralizar a natureza intermitente e imprevisível destas fontes. Através da estabilização do output das fontes de produção renovável, torna-se possível aumentar a penetração de energias renováveis nas redes elétricas. Adicionalmente, estes sistemas podem fornecer diversas aplicações para melhorar a flexibilidade da rede, como o controlo de tensão e de frequência. Com a redução do custo dos sistemas de armazenamento de energia suportados por baterias, existe um interesse crescente para implementá-los na rede elétrica devido à sua capacidade de resposta rápida, elevada eficiência, independência geográfica e alto potencial de comercialização. Atualmente, a tecnologia de iões de lítio representa a grande maioria da capacidade instalada dada a sua elevada densidade de energia, alta tensão de operação e longo tempo de vida. Contudo, a introdução deste sistema de armazenamento na rede elétrica implica o conhecimento prévio do comportamento do mesmo na rede em questão, obtido através da modelação e simulação da rede elétrica. Por outro lado, os ensaios laboratoriais são uma etapa crucial no processo de implementação pois representam um método de corroboração do modelo teórico e dos resultados da simulação. Este documento reporta o estudo da necessidade do desenvolvimento de procedimentos específicos, para simulações e ensaios laboratoriais, de acordo com as características particulares das redes elétricas e com as aplicações dos sistemas de armazenamento, nomeadamente na ilha da Terceira, tendo sido identificadas as quatro vertentes que devem ser estudadas por forma a analisar o comportamento do sistema de armazenamento quando integrado em sistemas elétricos isolados. Os resultados analisados permitiram demonstrar a eficácia do sistema de armazenamento no cumprimento dos requisitos impostos, nomeadamente o fornecimento de controlo primário e secundário, a deteção de baixas correntes de falha e a transição da micro-rede de modo conectado à rede para modo ilha, garantindo a qualidade do fornecimento de energia no sistema de distribuição.

In order to deploy renewable energy sources in the power grids, introducing energy storage systems is essential to counteract the inherent intermittency and unpredictable nature of these sources. By firming the renewable energy output, the penetration of renewable energy into the grid can then be increased. Additionally, these systems can provide multiple applications to enhance the grids’ flexibility such as frequency and voltage regulation. With declining cost of battery energy storage system, there is a growing interest to introduce it in the power grid due to its fast response capability, high efficiency, geo graphical independence and high commercialization potential. Currently, lithium-ion technology accounts for the largest share of battery operational installed capacity mainly on the behalf of their high energy density, high operating voltage and long life. However, introducing this storage system in a power grid implies a previous knowledge on the behaviour of the system in the specific grid, which is performed through electrical network modelling and simulation. On the other hand, laboratory tests are crucial in the deployment process as a corroboration method of the theoretical model and simulation results. This document addresses the need for development of specific procedures for simula tions and laboratory tests according to the power system specifications and applications of the storage devices, namely in Terceira island (Azores), with the four aspects that must be studied in order to analyze the behaviour of the storage system in islanded systems identified. The analysed results allowed to demonstrate the efficiency of the storage system in complying with the imposed requirements, namely the supply of primary and secondary control, the detection of low fault currents and the transition of the microgrid from grid connected mode to island mode, ensuring the quality power supply in the distribution network.