Introdução
Sistemas de Armazenamento de Energia por Baterias (Battery Energy Storage Systems – BESS) têm assumido papel estratégico na otimização do perfil de consumo de unidades consumidoras atendidas em média e alta tensão, especialmente sob estruturas tarifárias horárias. Entre as diversas aplicações técnicas desses sistemas, destacam-se:
- o deslocamento de carga (load shifting), cujo objetivo é transferir o consumo energético de períodos tarifários elevados para períodos de menor custo.
- a redução de demanda de pico (peak shaving), com foco na mitigação de custos associados à demanda contratada ou ultrapassagem.
A Eficiência de Ciclo Completo (Round-Trip Efficiency – RTE) exerce papel central na viabilidade técnico-econômica dessas aplicações. Embora seu impacto seja mais intuitivamente associado ao deslocamento de carga, também influencia de forma relevante a eficiência operacional e financeira da redução de demanda de pico.
Este artigo apresenta uma análise do deslocamento de carga sob a ótica da influência do RTE no retorno financeiro do projeto.
Conceituação da Eficiência de Ciclo Completo
A Eficiência de Ciclo Completo é definida como a razão entre a energia elétrica efetivamente disponibilizada na descarga e a energia elétrica absorvida no processo de carregamento, considerando todas as perdas internas do sistema:
A RTE, pode incorporar perdas associadas aos seguintes subsistemas:
- Conversores bidirecionais de potência (Power Conversion System – PCS);
- Transformadores elevadores ou abaixadores (quando aplicáveis);
- Perdas resistivas internas das células eletroquímicas;
- Sistema de gerenciamento térmico (HVAC);
- Consumo auxiliar do Sistema de Gerenciamento de Baterias (Battery Management System – BMS);
- Perdas de cabeamento e conexões.
Em sistemas baseados em baterias de íons de lítio, valores típicos de RTE variam entre 85% e 92%, dependendo da topologia do sistema, regime de operação, temperatura ambiente e estado de carga médio.
Estudo de Caso: Load Shifiting e Peak Shaving
Na aplicação de deslocamento de carga, o BESS opera segundo a seguinte lógica:
- Carregamento durante períodos de tarifa reduzida;
- Armazenamento temporário da energia elétrica;
- Descarga durante períodos de tarifa elevada.
A condição fundamental de viabilidade econômica pode ser expressa por:
Onde:
- ∆T representa a diferença tarifária do período onde o BESS descarrega a energia armazenada e o período onde ele armazena energia;
- Tdescarga tarifa de energia no momento onde o BESS descarrega a energia armazenada;
- Edescarga representa a energia efetivamente entregue à carga;
- Ecarga representa a energia total adquirida do sistema elétrico;
- Eperdidarepresenta a energia perdida em função das perdas e consumo interno do BESS.
Observa-se que a energia perdida é função direta da RTE. Logo, quanto menor o RTE, maior o volume de energia adquirido que não se converte em receita.
Métricas Financeiras
- Valor presente líquido
A medida do valor presente líquido (VPL) é obtida pela diferença entre o valor presente dos rendimentos do projeto e o valor presente dos investimentos.
Onde,
i = o ano de análise do fluxo de caixa;
n = tempo total de avaliação do projeto;
TMA = taxa mínima atratividade, para este projeto será definida em 14%.
A avaliação de um investimento pelo indicador de VPL é resumida pela Tabela 1
- Variação nominal do fluxo de caixa (△FC)
Para ser possível definir a quanto a variação do RTE agrega ao fluxo de caixa, foi definido a métrica financeira △FC que relaciona o projeto desenvolvido com diferentes eficiências. Sua equação é definida por:
Onde,
Estudo de Caso
- Software de simulação
Para o desenvolvimento do estudo de caso, empregou-se o software HOMER Grid, da UL Solutions. O HOMER Grid é um software especializado na análise de sistemas elétricos conectados à rede, que realiza simulações com base em séries temporais de carga e recursos energéticos, permitindo a avaliação do desempenho operacional, indicadores econômicos e estratégias de despacho. A ferramenta é amplamente utilizada no dimensionamento e na análise de viabilidade de sistemas híbridos e soluções de geração distribuída com integração de armazenamento de energia.
- Características da unidade consumidora
A unidade consumidora, base do estudo, possui as seguintes características descritas na Tabela 2:
A curva de consumo da unidade consumidora é apresentada na Figura 1.
Para a curva de consumo, foi considerado o descolamento de consumo em alguns dias, para a compensação dos anos bissextos (considerações do HOMER Grid).
- Características da concessionária de energia
A tarifa da concessionária de energia, base do estudo, possuem as características descritas na Tabela 3:
- Características principais do BESS
O BESS, base do estudo, está descrito na Tabela 4.
Resultado
O resultado da implementação do BESS com o RTE de 89% e 91,32% são apresentados na Tabela 5.
Na Tabela 6 é apresentada a variação entre os fluxos de caixa das soluções de armazenamento com RTE de 91,3% e 89%. Os valores de ∆FCᵢ representam a economia anual obtida com a adoção da solução de armazenamento com RTE de 91,3% em relação à alternativa com RTE de 89%.
A curva de consumo com a implementação do BESS pode ser observada na Figura 2.
Conclusão e considerações finais
Como pode ser visto no artigo, a análise técnico-econômica desenvolvida demonstrou de forma objetiva que variações aparentemente pequenas no RTE podem impactar muito sobre a geração de valor do projeto ao longo da sua vida útil.
Sob a ótica do critério de decisão baseado no Valor Presente Líquido, ambos os projetos apresentam viabilidade econômica, uma vez que os resultados são positivos e superiores à TMA de 14%. Contudo, o sistema com maior eficiência demonstra capacidade superior de geração de valor econômico, refletindo melhor desempenho na conversão de energia adquirida em receita efetiva.
A análise da variação nominal do fluxo de caixa reforça esse comportamento. Observa-se que, ano a ano, o projeto com maior RTE apresenta incremento positivo recorrente no fluxo de caixa operacional, decorrente da maior energia descarregada para a mesma energia carregada. Embora o ganho anual unitário pareça modesto quando analisado isoladamente, sua recorrência ao longo dos vinte anos produz efeito acumulativo relevante se somada ao longo da vida útil do projeto.
Esse excedente gerado exclusivamente pela maior eficiência aumenta a capacidade de reinvestimento do empreendimento. O fluxo adicional pode ser direcionado, por exemplo, para a expansão do negócio da unidade consumidora, reforçando o ciclo de criação de valor.
É importante destacar que, como o estudo desconsidera reajustes tarifários e ganhos adicionais com a estratégia de redução de demanda de pico, o impacto da eficiência tende a ser ainda mais pronunciado em cenários reais, nos quais a energia evitada possui tendência de valorização nominal ao longo do tempo. Nesses casos, a diferença de fluxo de caixa entre sistemas com diferentes níveis de eficiência cresce de forma proporcional ao aumento das tarifas, ampliando a distância entre os respectivos Valores Presentes Líquidos.
Conclui-se, portanto, que a RTE deve ser tratada como variável estratégica na modelagem financeira e escolha dos equipamentos para projetos de sistemas de armazenamentos. Pequenas variações percentuais na eficiência resultam em diferenças acumuladas no fluxo de caixa nominal e, consequentemente, no Valor Presente Líquido do projeto. Em cenários de margens comprimidas, essa diferença pode ser um fator determinante para a viabilidade financeira do projeto e agregação de valor para a venda do produto.
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