Avaliação da degradação das baterias de lithium-ion na operação de embarcações híbridas. - Vale, Rodrigo Jacinto do (2020)
As emissões de gases de efeito estufa crescerão nas próximas décadas e estima-se que até 2050, as emissões de CO2 subirão dos atuais 1 bilhão para 1.6 bilhões de toneladas por ano. Os navios são responsáveis por cerca de 2.6% das emissões globais de CO2. É fundamental o estudo e a implementação de sistemas híbridos em diversos setores. Os navios híbridos estão se tornando mais frequentes no mundo e diversas restrições internacionais estão sendo estabelecidas por agentes de regulação. A IMO - International Maritime Organization - por exemplo, impõe restrições rígidas de emissões através de normas para o setor de navegação. Neste contexto, esta dissertação aborda a simulação de baterias de Lítio Fosfato de Ferro (Lithium-Iron Phosphate - LiFePO4 - LFP) e de Lítio Óxido Níquel Manganês Cobalto (Lithium Nickel Cobalt Manganese Oxide - LiNiCoMnO2 - NMC) com aplicação em embarcações do tipo PSV - Platform Supply Vessel. As simulações foram executadas utilizando o software denominado HOMER, onde dois modelos de baterias foram utilizados para analisar quatro casos de desempenho técnico e outros quatro casos foram focados nos aspectos econômicos das baterias ao longo da vida útil. Alguns parâmetros como a capacidade de potência e de energia, profundidade de descarga, a degradação da bateria, os custos dos componentes do sistema do navio são avaliados em relação ao potencial de redução do consumo de combustível, emissões deCO2, número de ciclos, vida útil e parâmetros econômicos como despesas de capital - CAPEX, despesas operacionais - OPEX, payback e Valor Presente Líquido - V PL. O potencial de redução de emissões de CO2 mais significativo é de cerca de 11% ao ano. Em geral, o modelo de bateria que desconsidera o processo de envelhecimento tem um desempenho melhor do que o modelo que inclui a degradação. Além disso, a bateria operando a 70 % DoD é uma opção mais vantajosa do que utilizando 80 % DoD. Os resultados desse trabalho demonstram que o desempenho técnico-econômico da bateria NMC é ligeiramente superior ao sistema dimensionado com a célula LFP. Isso se deve ao menor custo e maior número de ciclos apresentada pela primeira. O cálculo do payback indica que o retorno de investimento de uma bateria operando conectada à rede nas operações portuárias pode atingir 6 anos e quando a mesma bateria opera sempre desconectada da rede, seu tempo de retorno de investimento subirá para 9 anos. Por fim, através de uma metodologia que integra todos os casos analisados, recomenda-se uma bateria que atenda parte do perfil operacional do PSV com uma capacidade de 600 kWh (1000 kW) considerando ambas tecnologias de baterias, um C-rate entre 0.40 e 0.60C para a célula LFP e C-rate no intervalo de 0.60 e 0.80C para a célula NMC (bateria de 1000 kWh).