Como obter ROI de US$ 1 milhão com Armazenamento em Bateria

Construa um Sistema de Armazenamento de Energia de Bateria (BESS) escalável e obtenha elevado retorno de investimento

Este post tem como foco o papel crucial do armazenamento de energia na promoção da sustentabilidade e da lucratividade das empresas. Ao integrar o BESS com fontes de energia renováveis, as empresas podem obter economias significativas de custos, reduzir sua pegada de carbono e impulsionar a lucratividade a longo prazo.

Vamos investigar como os líderes do setor de BESS estão criando plantas digitais, aumentando a flexibilidade e construindo uma vantagem competitiva em um mercado em rápida transformação. Se a sua empresa está pronta para liderar a transição para BESS, este é o seu roteiro.

A simulação do sistema desempenha um papel crucial

A simulação de sistemas desempenha um papel crucial na avaliação técnico-econômica de sistemas de armazenamento de energia de bateria (BESS) no setor de energia, especialmente quando integrados a fontes de energia renováveis, como turbinas eólicas e sistemas solares fotovoltaicos (FV).

Vários casos de uso cobertos pelo BESS

Aqui estão alguns aspectos principais:

1. Equilibrando a geração e o consumo de energia:

   • Redução de pico e deslocamento de carga: ao simular diferentes perfis de carga, o BESS pode ser otimizado para redução de pico (redução da demanda de pico) e deslocamento de carga (transferência do consumo de energia para horários fora de pico), o que pode reduzir os custos de energia e melhorar a eficiência da rede.

   • Estabilidade da rede: as simulações podem avaliar como o BESS pode ser usado para equilibrar a geração intermitente de energia renovável com a demanda da rede, melhorando a estabilidade e a confiabilidade da rede

2. Integração com Energias Renováveis:

   • Gestão de Energia: Estratégias avançadas de gestão de energia podem ser simuladas para coordenar a operação do BESS com a geração renovável, garantindo que a energia seja armazenada e distribuída da forma mais eficiente possível. Inclua as condições climáticas.

3. Evolução do Preço da Energia:

   • Previsão e Otimização: Simulações de sistemas podem modelar cenários futuros de preços de energia, ajudando a otimizar a operação do BESS para arbitragem de energia (comprar na baixa e vender na alta). Isso garante que o BESS seja usado da maneira mais econômica possível.

4. OPEX/CAPEX:

   • Análise de Custos: Simulações podem fornecer análises detalhadas de custo-benefício, incluindo despesas de capital (CAPEX) e despesas operacionais (OPEX). Isso ajuda a compreender a viabilidade financeira e o período de retorno dos projetos BESS.

   • Modelagem de degradação: ao simular a degradação das células da bateria ao longo do tempo, é possível estimar os custos de manutenção e cronogramas de substituição, que são essenciais para o planejamento financeiro de longo prazo.

No geral, a simulação do sistema fornece uma estrutura abrangente para avaliar a viabilidade técnica e econômica dos projetos BESS, ajudando as partes interessadas a tomar decisões informadas sobre investimentos e operações.

Vamos descobrir juntos as fases iniciais de um projeto de Sistema de Armazenamento de Energia de Bateria (BESS), com foco em algumas avaliações técnico-econômicas para ter sucesso (OPEX/CAPEX, evolução do preço da energia, balanceamento de carga, retorno do investimento), passando por diferentes etapas com o Simcenter System Simulation:

• Para calcular a conta de luz do seu cliente

• Considerando algumas previsões meteorológicas

• A partir de energias renováveis ​​(solar fotovoltaica)

• Otimização do Sistema de Armazenamento Elétrico de Bateria (BESS) e estratégia de controle

• Até resultados típicos em operações baseadas em cenários realistas

O caso de uso aqui é uma unidade de processamento de alimentos perto de Lyon, na França. Alguns esforços foram dedicados à modelagem do sistema solar fotovoltaico (FV) integrado ao BESS e aos consumidores ao redor. Com sua carga e sistema de aquecimento representados durante um período de 1 ano (janeiro a dezembro). O gêmeo digital considera as operações do BESS solar FV com diferentes estruturas tarifárias de eletricidade e custos unitários de FV ou BESS. Portanto, aborda o valor técnico-econômico da adoção do BESS em estruturas tarifárias dinâmicas.

Embora o estudo de caso tenha sido realizado na França, é importante destacar que resultados ainda mais expressivos poderiam ser obtidos em países com maior incidência solar, como o Brasil. A elevada irradiância ao longo do ano aumenta significativamente o potencial de geração fotovoltaica, ampliando a eficiência do BESS e reduzindo o tempo de retorno do investimento. Dessa forma, a combinação entre o alto recurso solar e a aplicação de estratégias de simulação avançadas torna o cenário brasileiro especialmente promissor para projetos de armazenamento de energia e integração com fontes renováveis.

Melhor design para excelência operacional

À medida que a economia BESS ganha um impulso sem precedentes, as empresas correm para atender à crescente demanda por energia limpa. No entanto, escalar a produção e, ao mesmo tempo, permanecer lucrativo, sustentável e resiliente representa um desafio formidável.

Produtores de BESS e fabricantes de equipamentos precisam superar sistemas de dados fragmentados, altos custos de energia e complexidades da cadeia de suprimentos para se manterem à frente. Empresas que buscam a excelência operacional já estão transformando esses desafios em oportunidades. Ao utilizar gêmeos digitais e simulações avançadas, elas estão otimizando processos, reduzindo custos e melhorando a escalabilidade.

A indústria energética precisa do BESS para economizar dinheiro e reduzir as emissões de carbono

Gêmeo digital para uma unidade industrial

Trata-se de um gêmeo digital BESS distribuído para prever e otimizar o desempenho do sistema com multifísica. Inclui os consumidores (instalação de processamento de alimentos: 20 °C) com o sistema de aquecimento e a carga do cliente, a conexão à rede, a energia solar fotovoltaica com painéis solares, as baterias estacionárias, bem como um controlador inteligente baseado nas condições climáticas e na flutuação do preço da energia.

Gêmeo digital do BESS no Simcenter Amesim

Na imagem acima, os blocos Sistema de Aquecimento, Carga do Consumidor e Energia da Rede Elétrica foram modelados no Simcenter Amesim com base em tabelas contendo dados reais de operação da instalação industrial e fórmulas pré-definidas para o cálculo do consumo e do custo de energia proveniente da rede elétrica. Esses blocos permitem representar o comportamento energético do sistema sob diferentes condições de carga, fornecendo uma base confiável para análise de desempenho e custo operacional dos sistema BESS.

Já os blocos de Painel Solar e Bateria utilizam modelos físicos simplificados para representar o funcionamento real desses dispositivos. A geração fotovoltaica é simulada a partir de dados históricos de irradiância solar e temperatura ambiente, enquanto o modelo da bateria foi parametrizado com base em informações de catálogos técnicos, permitindo prever estados de carga, eficiência e capacidade disponível. Esses modelos capturam a dinâmica energética do sistema.

Por fim, o bloco de Controle Inteligente atua integrando todas essas informações para realizar a tomada de decisões em "tempo real". Assim, o controle otimiza o fluxo de energia entre geração, armazenamento e consumo, buscando reduzir custos e melhorar o desempenho global do sistema.

Ao executar a simulação, os usuários podem acessar todas as variáveis ​​dos diferentes subsistemas. Assim, a informação completa está disponível, desde a carga do consumidor [kW] até a conta de energia elétrica ao longo do tempo [€] (1€ » 1$). Foi considerada a evolução do preço da energia elétrica ao longo do ano, com sua flutuação diária. Abaixo, estão representadas duas evoluções de preços no dia 1 (janeiro) e no dia 190 (julho), para obter informações sobre os preços mínimos/máximos em vários períodos do ano.

Resultados típicos obtidos com o gêmeo digital BESS

O painel solar inclui sua localização GPS, fator de turbidez (efeito de partículas, semelhante à fumaça no ar) ou fator de cobertura de nuvens (para condições climáticas).

Evolução do fator de cobertura de nuvens para as condições meteorológicas

Ao mesmo tempo, a evolução da temperatura externa é incluída a partir de um banco de dados conhecido, permitindo que os usuários avaliem seu impacto no sistema de aquecimento, considerando o valor de ajuste da temperatura interna de fábrica.

Evolução das temperaturas (teto, exterior, interior) e da potência do ar condicionado

Esta análise permite calcular as informações associadas, como, por exemplo, a potência do ar condicionado [W] ou o consumo de energia de todos os subsistemas ao redor. Dessa forma, os usuários obtêm uma evolução realista das potências para avaliar o mecanismo de balanceamento e as estratégias de controle ideais a serem implementadas em seu sistema BESS.

Macroanálise do BESS com cenários realistas

O modelo da unidade de industrial permite sua exploração em massa. As análises são realizadas em poucos minutos, abrindo portas para cenários longos e complexos.

Geração e consumo de energia [kW] para todos os subsistemas (a bateria está inativa aqui)

Os usuários podem avaliar de forma prática a geração, o armazenamento e o consumo de energia de todos os subsistemas. Enquanto isso, o controle inteligente gerencia o Sistema de Gerenciamento de Energia (SGE) para distribuir a energia, armazená-la no BESS ou entregá-la à rede. Sendo todas as evoluções intermitentes ou dinâmicas, é por isso que uma ferramenta de Simulação de Sistemas, como o Simcenter Amesim, é necessária para otimizar o dimensionamento e as estratégias de controle.

Por fim, o usuário pode acessar as variações dos fluxos de energia ao longo do tempo. Você pode, por exemplo, verificar a energia gerada pelos painéis solares ou trazida pela rede, bem como a energia fornecida pela bateria. Ela corresponde à energia necessária para a carga, enquanto alguns pequenos níveis de energia são retirados da rede ou restituídos à bateria fora dos períodos de pico, quando a demanda é baixa.

Variações dos fluxos de energia ao longo do tempo

Essa é uma grande conquista! Já pode-se observar bons resultados graças ao gêmeo digital com o Simcenter System Simulation. Mas é possível ir muito além, mais no aspecto técnico-econômico. Veja como você pode economizar US$ 1 milhão em 20 anos, reduzindo simultaneamente uma enorme quantidade de emissões de CO₂_, até -17 toneladas de CO₂ equivalente.

Economize 1 milhão de dólares e toneladas de CO₂ equivalente

Serão abordados agora os aspectos de negócios e descarbonização, com o objetivo de demonstrar como é possível criar uma previsão escalável para sistemas BESS, de modo a mensurar e replicar sucessos significativos. O gêmeo digital da unidade de processamento de alimentos é equipado com meta-informações para produzir os KPIs econômicos relevantes (indicadores-chave de desempenho) para garantir sua monetização, retorno sobre o investimento (ROI) ou payback por meio de CAPEX (despesas de capital) ou OPEX (despesas operacionais).

Custos operacionais [$k] durante o cenário

A referência é a conta de luz sem painéis solares nem BESS. São US$ 103 mil pagos durante 1 ano. Com a instalação dos painéis solares e do BESS, pode-se capturar a nova conta de luz, que agora é de US$ 33 mil após 1 ano, com um investimento de US$ 625 mil para o sistema fotovoltaico e US$ 77 mil para o BESS.

Isso corresponde a uma economia de US$ 70 mil por ano em OPEX, graças à instalação. Descontando os custos de CAPEX, obtem-se um benefício de US$ 698 mil após 20 anos de operação. Os custos de CAPEX são reembolsados ​​após um período de retorno de 10 anos. Sabendo que o valor dobra a cada 15 anos devido à taxa de juros, pode-se considerar que a economia real chegará a US$ 1 milhão após 20 anos.

Observe que este é um cálculo preliminar que mostra o potencial, enquanto coisas como inflação e custos de manutenção não são cobertos, o que é bom para uma primeira estimativa.

Lucratividade [$k] incluindo retorno [ano]

Agora é o momento certo para otimizar o dimensionamento e extrair o máximo valor da nova instalação. Descubra em poucos cliques os benefícios máximos e os melhores retornos. Foi configurado um estudo em lote para variar alguns parâmetros selecionados, definidos como o número de painéis solares (366, 488, 610) e o número de racks de baterias (0, 100, 150). Observa-se que é possível reduzir o período de retorno para aproximadamente 9 anos (-11%) nas configurações mais favoráveis, enquanto outras opções podem estendê-lo para até 12 anos (+20%).

Comparação do retorno do investimento [ano] dependendo do número de painéis solares e do número de racks

Por fim, para a boa saúde da Terra em relação às mudanças climáticas, também é fundamental observar a redução das emissões de carbono graças às fontes renováveis, ao sistema BESS e às estratégias de controle inteligentes.

Emissões de CO₂ da rede, carga e aquecimento, bem como a redução total de CO₂ por ano

Foi alcançada uma redução significativa de 17 toneladas de CO₂ equivalente por ano. Esse resultado representa uma contribuição relevante para o processo de sustentabilidade por meio da descarbonização. Todas essas conquistas foram obtidas com o uso do gêmeo digital por meio do Simcenter System Simulation.

Indo mais longe

Pode-se até ir um pouco além, introduzindo um novo paradigma com um controle de supervisão da rede. As tecnologias mais recentes e inovadoras permitem combinar inteligência artificial (IA), previsão do tempo e dados transmitidos. Este gêmeo digital offline é convertido em um gêmeo digital executável que conecta dados de desempenho em tempo real com informações precisas e bem orquestradas da planta e ferramentas de simulação, para que você possa solucionar situações críticas do sistema (picos durante a comutação, ...) ou se beneficiar ainda mais do preço e da redução de CO₂. Que ótima perspectiva!

Controle de supervisão de rede, combinando IA, previsão do tempo e dados transmitidos

Em resumo, os proprietários-operadores no negócio global de BESS têm uma oportunidade histórica de expandir seus negócios e participação de mercado nas próximas décadas. As empresas que emergirão como líderes no setor de entregas serão aquelas que conseguirem superar a complexidade do BESS e transformá-la em vantagem competitiva.

A simulação de sistemas definitivamente ajuda a ter sucesso em sua jornada BESS graças à digitalização, com integração de sistemas e controles inteligentes.

---

Agende uma reunião com a CAEXPERTS e descubra como transformar o potencial do seu projeto BESS em resultados reais. Nossos especialistas mostram como o uso de gêmeos digitais e simulação de sistemas pode otimizar o dimensionamento, reduzir OPEX e acelerar o retorno sobre o investimento (ROI) — tudo enquanto sua empresa avança na transição energética e descarbonização. Dê o próximo passo rumo à eficiência e sustentabilidade: fale conosco hoje mesmo.

Agende uma Reunião

WhatsApp

LinkedIn

WhatsApp: +55 (48) 98814-4798

E-mail: contato@caexperts.com.br