Aplicações das baterias de lítio – Data Centers e Smart Grids

Esse tipo de bateria é muito mais importante para a sociedade, do que você imagina. Nesse artigo você verá como as baterias de lítio são usadas em data centers e Smart Grids.
Este post faz parte da série Aplicações das baterias de lítio. Leia também os outros posts da série:
  • Aplicações das baterias de lítio – Data Centers e Smart Grids

Agora que vocês já conhecem as características das baterias de lítio, é possível perceber uma grande quantidade de equipamentos que essas baterias podem ser utilizadas. Nessa série de artigos, irei apresentar algumas das aplicações das baterias de lítio mais relevantes, na minha visão.

Quando pensamos em baterias de lítio, geralmente o que vem em mente, são as aplicações em veículos elétricos. Mas o que não levamos em conta, são a quantidade de equipamentos que estão a nossa volta e que utilizam exatamente as mesmas baterias que estão presentes nos veículos elétricos. Essas baterias podem ser utilizadas em diversos equipamentos, desde equipamentos como smartphones, notebooks, ferramentas elétricas e dispositivos portáteis, até aplicações como data centers, smart grids, veículos autônomos, cadeira de rodas elétrica, empilhadeiras, drones, veículos elétricos, etc. A figura 1 apresenta algumas aplicações da bateria de lítio.

aplicações das baterias de lítio
Figura 1 – Aplicações da bateria de lítio

Cada aplicação exige um projeto de bateria dedicado, suprindo as necessidades de potência, capacidade, taxa de carga, taxa de descarga etc. Portanto, é essencial conhecer e entender onde a bateria será utilizada, para que ela seja projetada da melhor maneira possível de acordo com sua aplicação. Nessa série de artigos, serão descritas algumas das aplicações mais impactantes da bateria de lítio. A ideia com essa série de artigos, é apresentar as diferentes características de cada aplicação, dessa forma, será possível entender as dificuldades de projetar uma bateria de lítio, onde um mesmo projeto de bateria dificilmente servirá para uma aplicação diferente. Por exemplo, baterias projetadas para data centers, não serão facilmente utilizadas em veículos elétricos devido às grandes diferenças entre essas aplicações.

Bom, vamos lá, as primeiras aplicações que irei apresentar, são os data centers e as smart grids.

Data Center

Explicando de uma forma bem simples, data centers são os locais onde são armazenados diversos servidores, computadores, roteadores e outros equipamentos importantes, utilizados para armazenar milhares de dados. Abaixo segue uma figura de um datacenter.

Smart Grids
Figura 2 – Data Center

A demanda crescente de serviços em nuvem, enfatizada pelo aumento de dados, levou a um crescimento no número de data centers em todo o mundo. Consequentemente, a parte global de eletricidade dedicada ao seu consumo alcançou níveis sem precedentes. Em 2012, o número de data centers em todo o mundo foi estimado em 509.147 consumindo aproximadamente a produção de 30 usinas nucleares. Em 2016, outro estudo estima que, em todo o mundo, os data centers usam 91 bilhões de quilowatts-hora de eletricidade – o suficiente para impulsionar a cidade de Nova York duas vezes – e seu consumo ainda está crescendo rapidamente. Esta situação traz grandes preocupações ambientais, econômicas e sociais.

Devido a isso, muitos data centers estão utilizando energia renovável para auxiliar no suprimento de energia elétrica. A natureza variável e intermitente das energias renováveis – como a energia solar – dificulta a gestão. Para aumentar o uso de energia renovável, é necessário programar cuidadosamente a carga de trabalho para alinhar com a energia renovável disponível no tempo.

A solução consiste em usar baterias para armazenar energia renovável e gerar eletricidade para uso posterior. Por outro lado, as baterias também são utilizadas em momentos de falha na rede elétrica, como oscilações, pico ou queda de energia. Vemos aqui, a importância de uma bateria bem projetada para armazenar a energia e garantir que esses equipamentos tão importantes nunca fiquem sem eletricidade.

Smart grids

As redes de distribuição de energia foram projetadas há décadas, com o objetivo principal de fornecer eletricidade de grandes centrais elétricas para casas e empresas. Nos últimos anos, no entanto, testemunharam a introdução de novas tecnologias e conceitos que prometem mudar a forma como produzimos, gerenciamos e consumimos eletricidade. Tecnologias como a geração distribuída e os veículos elétricos híbridos plug-in ajudarão a reduzir as emissões de CO2 e a oferecer opções mais sustentáveis ​​aos consumidores de energia, enquanto novos aplicativos de smartphones permitirão que os consumidores gerenciem seu uso de energia de forma mais eficiente.

A smart grid é um conceito que envolve uma rede elétrica que fornece energia elétrica usando comunicações, controle e tecnologia de informática a um custo menor com maior confiabilidade. O Departamento de Energia dos EUA definiu vários recursos para uma smart grid, incluindo a participação ativa do consumidor, acomodando todas as opções de geração e armazenamento, e possibilitando novos produtos, serviços e mercados.

A iniciativa de smart grids visa modernizar a rede elétrica atual, introduzindo um novo conjunto de tecnologias e serviços que tornam a energia elétrica mais confiável, eficiente, segura e ambientalmente amigável. A smart grid será caracterizada por um fluxo de eletricidade e informação de dois sentidos, criando uma rede de entrega de energia automatizada e amplamente distribuída. Ela incorporará na rede elétrica os benefícios da computação e comunicação distribuídas para fornecer informações em tempo real que ajudarão a equilibrar a oferta e demanda de energia.

Para ser um projeto bem-sucedido, a iniciativa da smart grid exigirá colaboração, integração e interoperabilidade entre uma variedade de tecnologias e disciplinas. Várias formas de tecnologia da informação e da comunicação, portanto, desempenham um papel importante na facilitação da realização da moderna rede elétrica e seus serviços.

Existe um crescente consenso de que a infraestrutura de comunicação que apoia o funcionamento da rede elétrica hoje precisa de mudanças fundamentais. Esta infraestrutura de comunicação foi projetada para atender às necessidades de uma indústria de energia regulada que data de várias décadas atrás. As redes de comunicação nessas redes de energia foram projetadas para suportar operações de controle e interações entre centros de controle e subestações individuais.

Dependendo do requisito principal, as aplicações da smart grid podem ser categorizadas em aplicações de potência e energia. As aplicações de potência, como a regulação de frequência, suporte de tensão, confiabilidade de serviço elétrico, qualidade de energia, etc., exigem picos de alta potência que podem durar de alguns segundos a alguns minutos. E as aplicações de energia, como o armazenamento de energia distribuída e a integração de energia renovável requerem uma bateria que possa armazenar uma grande quantidade de energia e descarregá-la por um longo período de tempo (ou seja, de vários minutos a várias horas). As baterias de lítio íon são potenciais dispositivos de armazenamento de energia para essas aplicações de energia.

Agora, eu gostaria de deixar uma pergunta à você, leitor. Considerando essas características, uma bateria projetada para um data center, poderia atender uma aplicação de smart grids? E uma bateria projetada para uma smart grid, poderia atender um data center? Caso possuam interesse, podem escrever a opinião de vocês aqui nos comentários. Será um prazer conversar com vocês sobre isso.

E no próximo artigo dessa série, falaremos sobre os veículos não tripulados, os quais são uma tecnologia muito importante para diferentes finalidades.

REFERÊNCIAS

BOUHAFS, F. et al., Links to the Future. IEEE Power & Energy Magazine. Janeiro 2012

HEICH, H. R. et al., Battery Management System in Smart Grids. IEEE Industrial Electronics Magazine. Junho, 2013.

LI, Y. et al., Balancing the use of Batteries and Opportunistic Scheduling Policies for Maximizing Renewable Energy Consumption in a Cloud Data Center. INTERNATIONAL CONFERENCE ON PARALLEL, DISTRIBUTED AND NETWORK-BASED PROCESSING. Proceedings. França: 2017.

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