Armazenamento de energia – ensaiar para garantir segurança, desempenho e circularidade – Baterias, soluções de longa duração, segunda vida e novos desafios laboratoriais.
Esaú Cardoso – IEP para a renováveis magazine
Armazenamento: uma infraestrutura da transição energética
A transição energética deixou de ser apenas um desafio de produção renovável. À medida que aumenta a penetração da energia solar e eólica, cresce também a necessidade de gerir a diferença entre o momento em que a energia é produzida e o momento em que é consumida. O armazenamento de energia surge, por isso, como uma infraestrutura crítica: permite aumentar o autoconsumo, reduzir picos de potência, facilitar a integração de renováveis, integrar o carregamento de veículos elétricos e criar maior resiliência em instalações industriais, edifícios, comunidades de energia e sistemas isolados. Em arquiteturas com conversores grid-forming, pode também contribuir para o suporte dinâmico da tensão e da frequência da rede.
As baterias assumem um papel central nesta transformação. São modulares, rápidas na resposta, escaláveis e cada vez mais competitivas para aplicações de curta e média duração. No entanto, o armazenamento de energia não é uma realidade única. Existem aplicações que exigem resposta em milissegundos, outras que requerem várias horas de autonomia e outras ainda que poderão beneficiar de soluções de longa duração, recorrendo a baterias de fluxo, soluções térmicas, hidrogénio, armazenamento mecânico ou combinações híbridas de tecnologias.
A questão essencial não é escolher uma tecnologia vencedora, mas assegurar que cada solução é adequada à função que irá desempenhar. A energia armazenada tem valor quando está disponível no momento certo, com segurança, previsibilidade e compatibilidade com o sistema onde se integra.
Do componente ao sistema: a complexidade técnica aumenta
Nos sistemas baseados em baterias, a adequação técnica depende de múltiplos fatores: química das células, arquitetura do módulo e do pack, sistema de gestão da bateria, conversores de potência, proteções elétricas, arrefecimento, comunicação, integração na rede e condições ambientais de operação. Um sistema de armazenamento não é apenas uma bateria colocada dentro de um armário ou contentor. É um sistema eletrotécnico complexo, onde energia, potência, segurança, compatibilidade eletromagnética e software interagem de forma permanente.
Esta complexidade torna os ensaios laboratoriais particularmente relevantes. A validação de sistemas novos deve considerar a segurança elétrica, o comportamento em carga e descarga, a compatibilidade com a rede, a compatibilidade eletromagnética, a robustez mecânica, a resposta térmica, o comportamento em humidade e temperatura, e a capacidade de operar em condições normais e anormais previsíveis.
Nos sistemas de maior potência, os conversores AC/DC e DC/DC deixam de ser simples interfaces e passam a ser elementos críticos do desempenho e da conformidade. Podem introduzir harmónicos, flicker, emissões conduzidas e radiadas, perturbações nos barramentos DC e requisitos acrescidos de imunidade. Podem também alterar significativamente o comportamento do sistema quando este opera em modo bidirecional, em regeneração, em simulação de bateria ou em perfis dinâmicos de carga e descarga.
CEM, segurança e ambiente: ensaiar cedo para reduzir risco
A compatibilidade eletromagnética é particularmente importante neste domínio. Inversores, carregadores de veículo elétrico, UPS, sistemas fotovoltaicos com armazenamento, conversores bidirecionais e BESS industriais operam com comutação rápida, correntes elevadas e cablagens extensas. A forma como os retornos de corrente são definidos, como os cabos são blindados, como os filtros são aplicados e como o sistema é ligado à terra pode determinar a diferença entre uma solução robusta e uma solução instável.
Ensaiar cedo, ainda durante o desenvolvimento, permite reduzir riscos, corrigir arquiteturas e evitar que a conformidade seja apenas uma preocupação de fim de projeto. Em muitos casos, uma não conformidade de CEM não se resolve apenas com a adição tardia de filtros; pode exigir alterações de cablagem, segregação de circuitos, blindagens, retornos de corrente ou redesenho de subconjuntos.
Também os ensaios climáticos e mecânicos têm um papel importante. Uma bateria ou sistema de armazenamento pode estar sujeito a ciclos térmicos, humidade, vibração, transporte e funcionamento prolongado com cargas internas significativas. A degradação não é apenas eletroquímica; pode ser também térmica, mecânica, elétrica e documental.
Neste contexto, as baterias de segunda vida constituem uma via complementar particularmente relevante. O crescimento da mobilidade elétrica irá gerar volumes significativos de baterias retiradas de veículos, muitas das quais poderão ainda manter capacidade suficiente para aplicações estacionárias menos exigentes. Uma bateria automóvel com uma perda de 20% da sua capacidade de carga pode ser considerada como estando no seu fim de vida, pois isso representará um forte constrangimento na autonomia de uma viatura.
Essa mesma bateria, num sistema de armazenamento estacionário (BESS), ainda terá muita vida pela sua frente. Esta possibilidade é importante do ponto de vista económico e ambiental, pois permite prolongar a vida útil dos materiais antes da reciclagem e criar novas cadeias de valor associadas à economia circular.
Mas a segunda vida não deve ser tratada como uma reutilização simples ou automática.
Uma bateria retirada de uma aplicação original não é, por si só, um produto novo nem um resíduo sem valor. É um ativo técnico que precisa de ser identificado, caracterizado e classificado. A decisão sobre a sua reutilização deve considerar o histórico de utilização, o estado de saúde, a capacidade remanescente, a dispersão de capacidade de carga entre células ou módulos, a resistência interna, a resposta térmica, o isolamento elétrico, a rigidez dielétrica, quando aplicável, a comunicação com o BMS e a adequação à nova aplicação. Nesta área, o passaporte digital da bateria e a sua rastreabilidade serão cada vez mais relevantes. O Regulamento (UE) 2023/1542 reforça uma abordagem de ciclo de vida para as baterias, incluindo requisitos de sustentabilidade, informação, desempenho, segurança, recolha e reciclagem. Para baterias de segunda vida, a informação histórica pode ser decisiva: conhecer a bateria ajuda a definir critérios de aceitação, limites de utilização, necessidade de ensaios adicionais e condições de integração num novo sistema estacionário.
Ao contrário de um sistema novo, a segunda vida não exigirá, em todos os casos, a repetição integral de todos os ensaios de CEM, climáticos ou mecânicos. O foco inicial tende a ser mais diagnóstico: verificação documental, identificação, resistência de isolamento, rigidez dielétrica, quando aplicável, capacidade de carga, resistência interna, EIS (Espetroscopia da Impedância Eletroquímica), dispersão de capacidade de carga entre módulos e a definição de classes de utilização.
Ensaios como ferramenta de desenvolvimento e apoio à decisão
É neste cruzamento entre armazenamento, mobilidade elétrica, eletrónica de potência e circularidade que os laboratórios assumem um papel estratégico. O ensaio deixa de ser apenas uma etapa formal de conformidade e passa a ser uma ferramenta de investigação e desenvolvimento, diagnóstico e redução de risco. Permitem comparar tecnologias, validar arquiteturas, investigar falhas de comportamento e conformidade, apoiar fabricantes, instaladores ou integradores e também criar clarividência técnica para decisões de mercado.
Esta abordagem é particularmente importante porque o armazenamento de energia reúne domínios que, durante muitos anos, foram tratados de forma separada: segurança elétrica, CEM, ensaios climáticos e mecânicos, ensaios funcionais, carga, descarga, eficiência energética, resposta dinâmica, capacidade e comportamento do sistema de controlo.
Note-se que, num sistema real, estes domínios raramente aparecem isolados. Um problema térmico pode alterar a resistência elétrica interna. Uma alteração de cablagem pode modificar o perfil de emissões conduzidas. Um perfil dinâmico de carga pode revelar instabilidades que não aparecem num ensaio estático. Por isso, a tendência será a realização de ensaios combinados, avaliando energia, ambiente, mecânica e CEM de forma coerente com a utilização real.
Capacidades laboratoriais em desenvolvimento e integração
O IEP tem vindo a reforçar as suas capacidades nesta área através do IEP Labs & Research Centre, criado no âmbito do PRR, que reúne meios laboratoriais orientados para a compatibilidade eletromagnética, mobilidade elétrica, eletrónica de potência e sistemas de energia.
No domínio da CEM, os novos meios foram especificados para responder a equipamentos ligados à rede de alimentação elétrica, incluindo sistemas trifásicos de elevada corrente, alimentação DC bidirecional, carregadores AC e DC, inversores, sistemas eletrônicos de grande potência e equipamentos de maior dimensão.
No domínio da circulação de energia AC/ DC, os meios permitem apoiar ensaios de carga e descarga, simulações de células, baterias e eletrónica de potência, de forma autónoma ou associados a ensaios CEM, climáticos e mecânicos.
A validação pode ainda ser complementada por ensaios de vibração, choque, temperatura e humidade, bem como ensaios em câmara walk-in para amostras de maior volume.
Para baterias e módulos, a caracterização por espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS), ensaios de capacidade de carga e descarga, resistência interna e verificações de isolamento, constituem uma base relevante para o desenvolvimento, diagnóstico e avaliação com
intuito de utilização em regimes de segunda vida, por exemplo.
Estes novos meios devem ser entendidos como uma extensão das capacidades existentes, bem como um reforço de capacidade para ajudar a indústria a inovar em áreas consideradas estratégicas para o desenvolvimento sustentável da economia nacional e europeia.
Conclusão
O armazenamento de energia será uma das pedras basilares da transição energética, mas a seu desenvolvimento, sendo um elemento crucial da estratégia, depende muito da confiança que a base tecnológica instalada transmitir. Essa confiança exige projeto, documentação, rastreabilidade, ensaio e avaliações independentes. Seja em sistemas novos, bem como em baterias de segunda vida, o desafio é o mesmo: garantir que a energia armazenada é disponibilizada de forma segura, previsível, eficiente e compatível com os sistemas onde se integra.
A energia renovável precisa de armazenamento; o armazenamento precisa de validação; e a validação precisa de laboratórios capazes de acompanhar a escala, a potência e a complexidade das soluções que estão a chegar ao mercado.
O IEP Lab & Research Centre reúne infraestruturas laboratoriais avançadas e competências especializadas únicas na Península Ibérica nas áreas da Compatibilidade Eletromagnética, Mobilidade Elétrica, Sistemas de Energia e Segurança de Produto. Saiba mais: https://lab.iep.pt/