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Guia sobre como estimar as poupanças decorrentes da redução de picos de consumo num sistema comercial de armazenamento de energia por bateria (BESS)
Este guia aborda exatamente como estimar as poupanças decorrentes da redução de picos de consumo com sistemas BESS em empresas, sem se basear em suposições infundadas dos fornecedores. Inclui uma estrutura prática de calculadora, um exemplo ilustrativo, soluções para o dimensionamento de baterias, erros comuns de modelação e uma lista de verificação do retorno do investimento (ROI).
Antes de falarmos sobre a composição química das baterias, os índices de eficiência dos inversores, o software de controlo ou um gráfico apelativo sobre o retorno do investimento, temos de compreender exatamente como é que a empresa de eletricidade calcula o valor ótimo faturado à central e qual o intervalo em que essa faturação foi calculada.
Porquê?
Uma vez que um sistema comercial de armazenamento de energia em baterias não permite poupar dinheiro simplesmente por descarregar durante uma tarde ativa. Só permite poupar dinheiro quando essa descarga se traduz numa medição faturável.
Essa distinção parece evidente. No entanto, é frequentemente ignorada.
Tenho uma orientação direta para a avaliação de sistemas BESS industriais: Nunca, em caso algum, aprove uma projeção de redução de picos baseada apenas nos totais mensais regulares das empresas de serviços públicos. As faturas mensais revelam o que o consumidor pagou. Raramente fornecem informações suficientes sobre quando, durante quanto tempo ou com que frequência o consumo subjacente ocorreu.
Uma estimativa fiável requer dados de intervalos de lotes, a tarifa total, limitações realistas da bateria e um método de controlo capaz de reagir antes de o pico ser registado no documento de pagamento.
O que a redução dos custos com o «peak-shaving» realmente sugere
A redução de picos recorre à eletricidade armazenada para diminuir o pico de consumo registado na rede durante um período de faturação da empresa de eletricidade.
Suponha que um armazém atinja normalmente os 620 kW entre as 15h00 e as 15h15. Uma bateria descarrega 100 kW durante esse intervalo, reduzindo a procura da rede para 520 kW. Se o custo unitário adequado for $18 por kW, a poupança mensal teórica é:
100 kW × $18/kW = $1 800
É bastante básico.
No entanto, trata-se de questões “académicas”. A conservação desaparece quando:
Mais tarde, nesse mesmo mês, ocorre um segundo ponto ótimo, de valor mais elevado.
A bateria atinge o seu nível mínimo de carga antes de atingir o nível máximo real.
A energia utiliza um mecanismo de ajuste da procura com base no mês anterior.
A tarifa determina a procura simultânea, em oposição ao limite máximo específico do site.
O controlador da bateria reage com demasiado atraso.
O pico de carga ultrapassa o limite de potência de descarga do inversor.
Não é possível aceder à bateria durante o período de faturação.
A redução dos picos de consumo não é, portanto, apenas um problema de capacidade energética. Trata-se de um problema de previsão e controlo.
A verdade é que várias calculadoras de vendas deixam as pessoas perplexas poupanças financeiras exequíveis com poupanças financeiras em custos recorrentes. Esses números não são exatamente os mesmos.
Os dados de que necessita antes de abrir a calculadora BESS
Uma cotação rigorosa para um sistema comercial de armazenamento de energia em baterias começa com, no mínimo, doze meses de dados relativos aos custos de energia e aos intervalos de consumo. Os períodos de 15 minutos são comuns, embora algumas tarifas utilizem janelas de procura de 30 minutos ou por hora.
Reúna os seguintes dados:
Informações sobre as toneladas por intervalo: Data, hora, kW médio e, de preferência, detalhes relativos ao fator de potência.
Preço da tarifa de consumo: O custo adequado em dólares por kW.
Tarifas de energia: Preços de pico, fora de pico, de época intermédia e sazonais.
Regras pautais: Períodos de faturação, mecanismos de escalonamento, picos coincidentes, necessidade mínima e janelas horárias de consumo.
Período de pico: Durante quanto tempo a carga permanece acima do limite de procura proposto.
Regularidade máxima: Quer o local venha a registar um evento previsível ou uma série de picos simultâneos.
Capacidade da bateria: Potência máxima de descarga contínua em kW.
Capacidade da bateria: Capacidade nominal e capacidade útil em kWh.
Eficácia de ida e volta: Perdas de carga e descarga.
Registo do estado de carga: Capacidade mantida para alimentação de reserva ou em caso de incerteza quanto ao funcionamento.
Deterioração: Previsão de diminuição da capacidade útil e da potência.
Definir o custo da tarefa: Bateria, COMPUTADOR, EMS, quadro elétrico, conceção, instalação, licenciamento e manutenção.
A falta de um item pode distorcer a resposta. Não ter em conta a tarifa pode prejudicá-la.
E não, aumentar a necessidade mensal máxima com o valor da tarifa de consumo não é uma versão adequada para a bateria. Trata-se de um teste de resistência rigoroso.
A fórmula fundamental para a redução de custos através do nivelamento de picos de consumo
A fórmula básica da taxa de consumo mensal é a seguinte:
Poupança mensal na procura = Redução verificada do pico × Preço da tarifa de procura
Onde:
Redução Ótima Validada é a diferença entre o valor ótimo faturado original e o pico faturado pós-BESS previsto.
Tarifa de consumo é o custo tarifário associado a essa dimensão.
Durante um ano inteiro:
Poupança financeira resultante da procura bruta anual = Soma das poupanças mensais correspondentes às necessidades dos 12 meses
Não multiplique imediatamente um mês inteiro por 12. Os padrões de volume de trabalho variam. As tarifas sofrem alterações sazonais. Os calendários de produção sofrem alterações. As cargas sensíveis às condições meteorológicas apresentam comportamentos imprevisíveis.
A arbitragem de potência pode ser determinada individualmente:
Poupança financeira por arbitragem = Valor da energia descarregada − Custo da energia de carregamento
Um tipo ainda mais específico é:
Poupança de custos por arbitragem = kWh libertados × Preço ótimo da energia − kWh cobrados × Tarifa fora de horas de ponta
Em consequência das perdas:
kWh faturados = kWh descarregados ÷ eficiência do ciclo de descarga
As poupanças anuais com a Internet devem, posteriormente, ser contabilizadas como despesas da empresa:
Poupança líquida anual = Poupança financeira decorrente da procura + Poupança financeira decorrente da arbitragem + Outros rendimentos comprovados − Custos operacionais anuais
Por último:
Amortização simples = Custo total de instalação ÷ Poupança líquida anual
ROI direto = Poupança líquida anual ÷ Custo total acumulado × 100%
Estas fórmulas são úteis. Por si só, não são suficientes.
A calculadora deve simular o comportamento da bateria em relação a cada intervalo do conjunto de dados, monitorizar o estado de carga, aplicar restrições de custo e de descarga e identificar a alteração no pico de faturação após o despacho.
Um exemplo prático de redução de picos de consumo comercial
Imagine um centro de produção concebido com as seguintes características:
Entrada
Valor modelado
Pico mensal regular atual
620 kW
Limite-alvo da procura da rede
520 kW
Apelo à redução dos picos de consumo
100 kW
Duração do pico
2,25 horas
Precisa de ser carregado
$18/kW
Eficácia de ida e volta
90%
Profundidade máxima de descarga
80%
Reserva funcional
10%
Meses estimados de vigência
9 de 12
Preço total da instalação do BESS
$310,000
A potência mínima descarregada no contador é:
100 kW × 2,25 horas = 225 kWh
Mudanças em prol da eficiência:
225 kWh ÷ 0,90 = 250 kWh
Se o projeto limitar o funcionamento normal a uma profundidade de descarga de 80% e mantiver um livro de dados técnicos de 10%, a fração de planeamento situa-se em cerca de:
80% × 90% = 72%
A capacidade nominal indicada no tipo de placa passa a ser:
250 kWh ÷ 0,72 = 347,2 kWh
Não definiria um sistema de 350 kWh e consideraria o trabalho concluído. Isso não deixa praticamente nenhuma margem para erros de previsão, deterioração, consumo adicional, impactos da temperatura ou um pico que se prolongue mais do que o previsto.
Um estilo preliminar ainda mais defensável poderá centrar-se em 400 kWh com, pelo menos, 110–125 kW de potência de descarga constante, sujeito às limitações da simulação por intervalos e das ferramentas.
A poupança mensal regular para fins académicos é de:
100 kW × $18/kW = $1 800
Se a bateria atingir efetivamente o nível ideal indicado em 9 meses:
$1 800 × 9 = $16 200 de poupança anual bruta nas despesas
Com uma despesa inicial de $310 000, só a redução de custos geraria certamente:
$310 000 ÷ $16 200 = 19,1 anos de retorno do investimento sem dificuldades
Isso é fraco.
É aqui que alguns promotores incluem discretamente receitas de arbitragem otimistas, valor de durabilidade, incentivos, acordos de capacidade ou previsões de aceleração das portagens, até que o projeto pareça passível de investimento. Por vezes, essas vantagens são legítimas. Outras vezes, não passam de «aroma de folha de cálculo».
Cada fonte de receitas deve ter por base um contrato, um regulamento tarifário, um plano operacional ou um pressuposto claramente documentado.
Por que razão muitos projetos de retorno sobre o investimento (ROI) em sistemas de armazenamento de energia em baterias dão demasiada ênfase à redução de custos
A folha de cálculo raramente é a parte mais difícil. O que é difícil é a disciplina na definição de pressupostos.
A versão considera que esta é a melhor previsão de pico
Uma bateria pode descarregar para fazer face a um pico de 580 kW no início do mês, apenas para depois ter de lidar com um pico de 620 kW sem energia armazenada suficiente.
Um controlador necessita de previsões fiáveis ou de uma técnica de limitação da procura que reserve energia para períodos de maior risco.
Os kWh nominais são considerados como kWh funcionais
Não é.
Uma bateria de 400 kWh nem sempre consegue fornecer 400 kWh à central. As restrições relativas à profundidade de descarga, as perdas de conversão, as necessidades de reserva, a deterioração, os lotes de corrente alternada e as limitações de controlo reduzem a potência funcional.
O poder e o poder estão perplexos
Uma bateria de 500 kWh com um controlador de 50 kW não consegue compensar um pico de 150 kW. Na verdade, tem energia armazenada suficiente, mas não consegue libertá-la com a rapidez necessária.
Por outro lado, uma bateria de 250 kW com apenas 100 kWh de capacidade útil poderá suprimir um pico breve, mas não será suficiente para fazer face a um período de consumo constante de duas horas.
O dimensionamento de sistemas comerciais de armazenamento de energia em baterias (BESS) requer ambos:
Já chega kW para reduzir o pico.
Já chega kWh para manter essa redução.
Considera-se que o pagamento mensal permite obter exatamente a mesma poupança
Isto é prático. Mas, normalmente, também está errado.
Algumas instalações têm valores ótimos sazonais para aquecimento e refrigeração. Outras têm picos de consumo ligados aos turnos de trabalho, processos definidos, compressores, fornos, frigoríficos, bombas ou carregamento de veículos elétricos. A bateria tem de ser concebida de forma a responder a cada período de utilização de forma independente.
A destruição é adiada até ao décimo ano
A redução da capacidade começa antes do fim do período de garantia. Uma tarefa que mal consegue satisfazer as suas necessidades energéticas no primeiro ano já se revela insuficiente.
Prefiro analisar, no mínimo, três situações:
Eficiência prevista para o primeiro ano.
Diminuição da eficiência a meio da vida útil.
Desempenho garantido após o término da garantia.
O projeto deverá continuar a ser valioso em todos os 3.
Esta versão não tem em conta os efeitos de escalonamento da procura
Algumas tarifas calculam o consumo faturado utilizando o valor mais favorável entre o pico atual ou uma percentagem de um pico anterior. Nesse contexto, minimizar o pico físico deste mês pode não reduzir imediatamente o valor da fatura.
Verifica o valor da portagem. Depois, revê-o mais uma vez.
Transformar as especificações das baterias em potência funcional para a redução de picos
Os módulos LiFePO4 de baixa tensão podem ilustrar os cálculos subjacentes ao dimensionamento da potência, embora a implementação empresarial exija muito mais do que a simples soma das capacidades das baterias.
Uma capacidade muito maior altera o cálculo da duração. Isso não torna automaticamente um item ideal para a redução de picos de consumo nas empresas.
Esse fator merece especial atenção.
Os equipamentos ligados são reconhecidos como ferramentas ESS. Um projeto empresarial deve igualmente ter em conta a tensão do sistema, a arquitetura idêntica, a compatibilidade informática, as falhas existentes, o isolamento, as comunicações, a classificação do invólucro, a monitorização térmica, a deteção de incêndios, os códigos elétricos locais, as condições da garantia de assistência e o sistema de gestão de energia.
Uma pilha de baterias não é um sistema BESS comercial.
Tabela de referência da capacidade da bateria
A tabela abaixo compara as páginas de produtos LiFePO4 disponibilizadas no que diz respeito às recomendações de capacidade. A energia nominal não é equivalente à energia útil de CA.
A maior capacidade nominal entre as páginas apresentadas
A versão de 400 Ah tem uma capacidade nominal de 20,48 kWh, enquanto a versão de 628 Ah tem uma capacidade nominal de cerca de 32,15 kWh e suporta a mesma capacidade de expansão, de acordo com a página do produto na Internet.
A tabela não deve ser interpretada como uma sugestão de um sistema comercial. Trata-se de uma comparação de capacidades.
Numa configuração industrial real, o projetista deve verificar como as várias unidades de bateria interagem com o PCS, se o BMS suporta o procedimento de interação necessário e se a configuração recomendada continua a respeitar os limites de corrente, tensão, temperatura e garantia.
Um processo melhorado para o cálculo de sistemas de armazenamento de energia por bateria (BESS) para uso comercial
Uma calculadora eficaz para a redução de picos de consumo deve funcionar como uma simulação de séries temporais, em vez de um simples exercício de multiplicação de uma linha.
Ação 1: Reconstruir a portagem
Artigo:
Períodos de cobrança da taxa de consumo.
Alterações sazonais nas tarifas.
Duração do intervalo de faturação.
Engrenagens de tração.
Cláusulas relativas a picos coincidentes.
Exigência de pagamento mínimo.
Tarifas de energia em horário de pico e fora de pico.
Impostos e motociclistas que se adaptam às necessidades.
Ação 2: Elaborar a norma
Para cada mês de faturação, determinar:
Necessidade de um intervalo ideal.
Os dez intervalos com maior necessidade.
Período em que a procura excede os limites máximos viáveis.
Hora e dia de cada um dos valores ótimos.
Relação entre os valores ótimos e os planos de produção.
Se a produção de energia solar minimiza atualmente a procura durante o dia.
Não analise apenas o período mais elevado possível. Os 5 valores ótimos seguintes permitem determinar se a redução do primeiro deles resulta em poupanças reais.
Ação 3: Selecionar os limites máximos das necessidades dos potenciais clientes
Analise várias opções em vez de se limitar a uma única solução:
Situação
Preciso de uma tampa
Utilização prevista
Tradicional
570 kW
Preço mais baixo das baterias e maior confiança na operação
Cenário de referência
540 kW
Diminuição equilibrada e necessidade de capacidade
Agressivo
520 kW
Maiores poupanças financeiras no âmbito académico, com maior risco operacional
Corte máximo
480 kW
Teste de resistência, não uma meta de layout automática
O limite economicamente mais vantajoso nem sempre é o mais baixo. Uma redução mais acentuada pode exigir um consumo desproporcionalmente maior de kWh, uma vez que o consumo permanece acima do limite durante mais tempo.
Passo 4: Simular o intervalo de envio, intervalo a intervalo
Para cada um dos registos de data e hora:
Leia as toneladas do centro.
Verifique o estado de carga da bateria.
Calcular as toneladas que excedem o limite máximo.
Limitar a descarga à potência disponível do PCS.
Limitação da descarga à energia armazenada imediatamente disponível.
Aplicar as perdas de conversão.
Atualizar o estado da bateria em termos de custo.
Registar a variação na procura da rede.
Reenergize apenas quando as diretrizes tarifárias e operacionais o permitirem.
Repita este processo ao longo de todo o conjunto de dados.
Dica 5: Aplicar penalizações funcionais
Desempenho nominal reduzido para:
Tempo de inatividade da bateria.
Manutenção.
Erro de previsão.
Falha na interação.
Redução da potência em função da temperatura.
Degradação.
Reserva de energia de emergência.
Alturas prolongadas imprevistas.
Clipping do inversor.
Normalmente, suspeito de um modelo que produz exatamente a mesma poupança anual com níveis de acessibilidade do sistema de 100%, 95% e 90%. Isso indica, normalmente, que a disponibilidade nunca foi tida em conta na conceção.
Ação 6: Executar várias instâncias económicas
No mínimo, calcule:
Situação
Principais pressupostos
Desvantagem
Menor redução das necessidades, deterioração mais rápida, custo de funcionamento mais elevado
Base
Previsão de portagens, calendário, desempenho e evolução das toneladas
Lado positivo
Sucesso sólido nas expedições, evolução favorável das tarifas, lucros adicionais confirmados
A decisão de investimento não deve depender do cenário mais favorável.
Passo 7: Comparar as opções
Uma bateria não é, de imediato, a forma mais económica de reduzir os custos da procura.
Compare com:
Horários de início escalonados dos equipamentos.
Variadores de frequência.
Sequência de funcionamento do refrigerador ou do compressor.
Espaço de armazenamento térmico.
Perda automática de toneladas.
Correção do fator de potência, quando aplicável.
Utilização de geradores sempre que for legal e economicamente viável.
Migração de tarifas.
Reorganização da produção.
Às vezes, o melhor sistema de armazenamento de energia por bateria (BESS) é não ter nenhum.
Isso pode não ser bem visto numa reunião de vendas de baterias, mas é a resposta adequada quando uma atualização dos controladores $20 000 consegue eliminar exatamente o mesmo consumo ideal que se espera que um projeto de espaço de armazenamento $300 000 consiga reduzir.
Como avaliar o melhor sistema de armazenamento de energia em bateria (BESS) para empresas de corte de ponta
A melhor bateria industrial para redução de picos de consumo não é simplesmente aquela com maior capacidade em kWh ou com o preço unitário das células mais acessível.
Avalie o sistema na sua totalidade à luz destas questões:
O PCS consegue fornecer constantemente a potência em kW solicitada?
A potência útil abrange o intervalo ideal mais longo e fiável?
Quanta capacidade permanece após a destruição?
O site de projeção e controlo do EMS pode satisfazer essa necessidade?
A resposta é suficientemente rápida para o prazo de pagamento?
O sistema consegue recarregar antes do próximo evento?
É necessário chamar reforços?
O que acontece quando as comunicações falham?
As condições da garantia de assistência são adequadas para a utilização diária da bicicleta?
O sistema cumpre os requisitos da vizinhança em matéria de eletricidade e segurança contra incêndios?
As despesas de manutenção, melhoria e substituição estão incluídas?
Isso representa um risco para a eficiência caso as poupanças previstas deixem de se concretizar?
Os fornecedores tendem frequentemente a destacar a capacidade da bateria. Os clientes mais exigentes destacam os técnicos especializados em tarifas e o risco de interrupção do fornecimento.
Nós também precisamos.
Perguntas mais frequentes
Quais são as poupanças de custos decorrentes da redução de picos de consumo com sistemas BESS nas empresas?
As poupanças de custos decorrentes da redução de picos do sistema BESS empresarial correspondem às reduções comprovadas nas taxas de procura cobradas pela empresa de eletricidade, resultantes da descarga de uma bateria durante os períodos de pico faturáveis, diminuindo a procura ótima da rede registada na conta do cliente, tendo em conta a energia da bateria, a energia útil, as perdas, a degradação, a margem operacional, a precisão de envio e as regras de pagamento específicas da tarifa.
A poupança é normalmente calculada em dólares por mês, multiplicando a redução confirmada nos kW faturados pelo preço aplicável à tarifa de consumo. A arbitragem energética e outras fontes de rendimento devem ser calculadas separadamente.
Como se calculam as poupanças decorrentes da redução dos picos de consumo?
As poupanças decorrentes da redução de picos são determinadas através da simulação dos dados relativos à bateria em comparação com os dados de carga por intervalo, calculando o valor mensal faturado ajustado após o envio, multiplicando a redução verificada em kW pelo preço da taxa de procura da empresa de eletricidade e, posteriormente, deduzindo as despesas de faturação, as despesas gerais, os resultados de deterioração e quaisquer encargos decorrentes de escalonamentos tarifários ou de ocasiões de envio mal sucedidas.
A fórmula simplificada é:
Poupança financeira mensal = Redução ótima pós-envio em kW × Custo da procura em $/kW
Utilize essa fórmula para a seleção e aprovação provisória do investimento.
Que dados são necessários para uma calculadora de BESS industrial?
Uma calculadora industrial de sistemas de armazenamento de energia por bateria (BESS) requer dados relativos à procura de eletricidade por intervalos, políticas tarifárias das empresas de eletricidade, taxas de procura sazonais, custos de energia, duração dos picos de consumo, potência da bateria, energia útil da bateria, eficiência, ganho operacional, deterioração, calendário, restrições de faturação, custo de instalação, despesas de manutenção e a lógica de controlo que identifica quando a bateria carrega ou descarrega.
Sem informações sobre os intervalos, a calculadora não consegue determinar com precisão se uma bateria proposta tem potência e autonomia suficientes para fazer face aos picos de consumo ao longo do mês de faturação.
Qual é a diferença entre kW e kWh de uma bateria?
O kW da bateria é a taxa à qual o sistema pode carregar ou descarregar num determinado minuto, enquanto o kWh da bateria é a quantidade de energia que esta pode armazenar e fornecer gradualmente; a redução de picos de consumo comercial requer um kW adequado para diminuir o pico de consumo e kWh funcional suficiente para manter essa redução.
Um sistema de 100 kW/400 kWh poderia, teoricamente, fornecer 100 kW durante cerca de quatro horas, antes de ter de compensar a reserva, as perdas de desempenho, os limites de funcionamento e a degradação.
Qual deve ser a capacidade de uma bateria para redução de picos de consumo?
Uma bateria destinada à redução de picos deve ser dimensionada com base na redução máxima necessária da procura, em kW, e na duração, em horas, da carga acima do limite de procura alvo, devendo ser adicionada capacidade adicional para compensar as perdas de eficiência, as limitações de profundidade de descarga, as exigências regulamentares, o erro de previsão, os lotes complementares, os impactos da temperatura, a disponibilidade do sistema e a degradação a longo prazo.
Uma fórmula energética preliminar é a seguinte:
kWh nominal = kW solicitado × Altura × Duração ÷ Fração da capacidade útil ÷ Eficácia da descarga
O dimensionamento final deve basear-se numa simulação por intervalos.
Qual é o sistema de armazenamento de energia em bateria (BESS) mais eficaz para a redução de picos de consumo comercial?
O melhor sistema BESS para aplicações empresariais de ponta é aquele cuja potência nominal (PCS), potência útil, feedback de controlo, comunicações, perfil térmico, garantia, arquitetura de segurança e proteção, bem como a capacidade residual no fim da vida útil, correspondam às exigências de carga e às variações de carga do centro, ao menor custo de vida útil admissível — e não apenas a bateria com a maior capacidade nominal.
A escolha adequada poderá ser um sistema de alta potência e curta duração para picos de consumo de curta duração ou um sistema de menor potência e maior duração para períodos de procura constante.
Obter uma estimativa fundamentada das poupanças de custos com sistemas BESS industriais
Não compre uma bateria comercial com base numa calculadora comum disponível na Internet.
Comece com 12 meses de dados por intervalo, a tarifa energética completa e um limite de consumo claramente definido. Em seguida, verifique o BESS sugerido ao longo de cada intervalo de faturação, tendo em conta previsões erradas, picos de consumo, requisitos de abastecimento, degradação e tempo de inatividade dos equipamentos.
A pergunta certa não é: “Quanto é que esta bateria permite poupar?”
Pergunta antes isto:
Qual é a redução de custos que este sistema consegue confirmar de forma contínua, tendo em conta a tarifa atual, após terem sido consideradas as perdas, a destruição, as limitações de funcionamento e os preços dos trabalhos?
É esse o valor que vale a pena financiar.
Avalie as opções de baterias disponíveis, compare a sua potência nominal e as restrições de corrente e exija uma solução ao nível do sistema que corresponda às necessidades específicas das suas instalações — e não uma proposta de capacidade elaborada com base na bateria que por acaso estiver em stock.
