O mercado de Sistemas de Armazenamento de Energia de Bateria (BESS, na sigla em inglês) está passando por um momento de amadurecimento, tendo crescido exponencialmente nos últimos anos. De acordo com a Wood Mackenzie, houve uma expansão de 44% em 2024, com mais de 69 GW de nova capacidade BESS instalada globalmente.

Apesar do crescimento, o papel do BESS na arquitetura do data center permanece no estágio inicial, com o debate sobre como ele pode ser melhor utilizado no setor. Para alguns, o BESS oferece um potencial substituto de energia limpa para geradores a diesel, que continuam sendo um backup crucial à prova de falhas para a grande maioria dos data centers em caso de interrupções. Para outros, o BESS em escala é visto como uma fonte de energia primária potencial para data centers e um componente crucial na mudança da percepção dos data centers de consumidores líquidos para contribuintes líquidos para a rede.

Nesse cenário, os operadores de data center estão começando a explorar o uso do BESS como um componente central da arquitetura de energia do data center, com vários casos de teste interessantes já em andamento.

O que é BESS?

As baterias já desempenham um papel fundamental na arquitetura do data center, na forma de sistemas de fonte de alimentação ininterrupta (UPS). A maioria dos no-breaks tem uma capacidade média de 50 a 300 kW, fornecendo cerca de 20 a 30 minutos de energia de backup em caso de interrupções repentinas.

Comparativamente, as unidades BESS são, em média, muito maiores do que os sistemas UPS, capazes de chegar a centenas de megawatts. As baterias de íons de lítio são o player dominante, detendo cerca de 90% de participação no mercado de escala de utilidade. Eles oferecem uma duração média de armazenamento de duas a seis horas, o que os levou principalmente a serem usados em funções de balanceamento de rede, especialmente quando vinculados a ativos renováveis intermitentes.

Apesar do crescimento do mercado, os operadores de data center têm relutado em integrar a tecnologia em sua arquitetura. Isso se deve a preocupações com a curta capacidade de armazenamento, altos custos e riscos de incêndio, com íons de lítio sendo mais propensos à combustão devido ao superaquecimento.

No entanto, nos últimos anos, várias empresas fizeram a escolha e anunciaram implantações de BESS em seus locais de data center, com cada exemplo fornecendo um caso de teste interessante sobre como poderia ser o futuro do BESS no data center.

BESS como opção de backup

Uma das implantações mais notáveis do BESS no setor de data center está no data center Stackbo da Microsoft em Gävleborg, Suécia.

Em um piloto inédito iniciado em 2022, a Microsoft fez parceria com a Saft, subsidiária de baterias da TotalEnergies, para implantar quatro unidades BESS independentes de íons de lítio em contêineres, cada uma com 4,6 MWh de armazenamento e um pico de produção de 3 MW no data center Stackbo.

O principal objetivo da implantação foi testar a aplicabilidade da substituição de geradores de backup a diesel por BESS.

"A questão era: podemos instalar um sistema que seja 100% capaz de substituir o gerador a diesel, do ponto de vista técnico, de segurança e operacional, com total conformidade com os regulamentos e códigos de rede", diz Michael Lippert, diretor de inovações e soluções de energia da Saft.

Para conseguir isso, a Microsoft abordou o projeto com a mente aberta, indo contra o consenso predominante de que os data centers deveriam ter pelo menos 48 horas de capacidade de backup disponível o tempo todo.

Em vez disso, na Stackbo, as unidades de backup BESS foram projetadas para apenas 80 minutos de capacidade de backup. A decisão foi baseada em extensos estudos da rede local, com a Microsoft concluindo que, devido à sua alta resiliência, era altamente improvável que a rede sueca enfrentasse interrupções prolongadas. Portanto, a Microsoft e a Saft calcularam que um backup de 80 minutos seria suficiente para mitigar o risco de interrupção do serviço, com uma probabilidade aceitavelmente baixa de ocorrer uma interrupção mais longa.

Ao abordar a questão do backup caso a caso, Lippert diz que o projeto provou que a exigência de 48 horas de backup nem sempre é uma necessidade técnica. "Com backup variando de duas a seis horas, você provavelmente seria capaz de cobrir um nível muito alto de confiabilidade", afirma ele.

De acordo com Lippert, essa abordagem não apenas substitui os geradores a diesel do ponto de vista operacional e de segurança, mas também permite funcionalidades avançadas, como capacidade de partida preta - capacidade de reenergizar o sistema a partir de um estado de desligamento completo sem suporte de rede externa - e operação de formação de rede.

"Tecnicamente falando, isso significa que você pode operar o data center em uma microrrede", diz Lippert. "A bateria forma a rede e, em seguida, você pode adicionar geradores ou outros dispositivos no topo".

Como resultado, na Stackbo, o BESS está posicionado não apenas como uma opção de backup, mas também como um participante ativo no ecossistema de energia, fornecendo controle de tensão, regulação de frequência e até mesmo apoiando uma maior integração de ativos renováveis.

Para a Saft, o modelo Stackbo é considerado extremamente replicável globalmente, com pequenos ajustes na duração do sistema BESS, dependendo das variações regionais nos códigos de rede e no acesso renovável. "O que fizemos na Suécia pode ser aplicado em outros lugares", diz Lippert. "Cada local tem suas restrições... Mas os princípios básicos permanecem: substituir o diesel por baterias, usar a bateria como um recurso de formação de rede e projetar o sistema em escala”.

Portanto, o uso do BESS, especialmente em locais com infraestrutura de rede resiliente, provavelmente só se tornará mais difundido se continuar a provar sua confiabilidade em várias implantações. Isso pode mudar os padrões do setor e as expectativas regulatórias para abordagens mais personalizadas e orientadas por dados, em vez de requisitos gerais de duração.

No entanto, dadas as recentes interrupções maciças de alto perfil em toda a Península Ibérica, que duraram mais de 18 horas em alguns lugares, a dependência exclusiva do BESS sem redundância adicional pode colocar as operadoras sob risco significativo, sufocando a repetibilidade deste modelo.

Valor duplo

Em contraste com a abordagem da Microsoft, a implantação do Keppel DC REIT em dois de seus data centers em Dublin representa um modelo distintamente diferente.

Liderado pela GridBeyond, uma empresa de aprimoramento da rede, o projeto envolve duas instalações separadas: um sistema de 2 x 2 MW / 2,2 MWh no data center Citywest da Keppel e um sistema de 4 MW / 6,1 MWh em suas instalações de Ballycoolin.

O sistema BESS foi projetado para complementar o UPS existente e os geradores a diesel de reserva. Para mitigar o risco de incêndio, ele fica fora do anel de embalagem resiliente, que o CEO da GridBeyond, Michael Phelan, diz que permite que a Keppel explore casos interessantes de uso de energia que anteriormente poderiam entrar em conflito com os requisitos de resiliência do cliente.

"Ao colocar a bateria fora do anel, ela pode permitir a redução de carbono e o suporte à flexibilidade da rede – coisas que os clientes valorizam cada vez mais", diz Phelan.

Mais uma vez, a natureza do mercado teve um impacto significativo na implantação, com Dublin atualmente sujeita a uma moratória de data center devido ao seu impacto desproporcional na rede, consumindo até 20% da produção de energia do país.

Um ponto esclarecido por Phelan, que afirma: "[As unidades BESS] permitem que os data centers armazenem energia fora do horário de pico, reduzindo a dependência da rede durante o pico de demanda. Isso não apenas reduz as emissões de carbono, mas também contribui para a estabilidade da rede".

A implantação do Keppel visa ilustrar como o BESS pode fornecer valor duplo aos operadores de data center em locais onde a rede enfrenta desafios, não apenas aumentando a sustentabilidade, mas também acelerando os cronogramas de desenvolvimento para data centers.

Para conseguir isso, a Keppel conectou o BESS a uma plataforma de gerenciamento de energia alimentada por IA que permite uma resposta dinâmica à demanda, ajudando a estabilizar a rede durante os períodos de pico.

"Ao integrar o armazenamento de baterias, os data centers podem descarregar durante os horários de pico, permitindo que as concessionárias aloquem energia em outro lugar. Essa flexibilidade possibilita a construção de data centers mais rapidamente, garantindo a confiabilidade da rede", diz Phelan.

Portanto, ao contrário da Stackbo, as baterias não substituem totalmente os geradores a diesel, mas os complementam, criando um sistema híbrido mais resiliente e eficiente, de acordo com Phelan. Como resultado, o modelo tem potencial para crescer em popularidade, especialmente em áreas onde garantir uma conexão à rede é um processo muito mais difícil.

BESS como opção de energia primária

Uma empresa que ultrapassa os limites do uso de BESS em data centers é a Energy Vault. No início deste ano, a empresa fez parceria com a RackScale Data Centers (RSDC) para implantar seu novo sistema B-Nest em vários campus da RSDC nos EUA.

Ao contrário da Stackbo e da Keppel, o BESS da Energy Vault não será uma solução suplementar ou mesmo de backup, mas sim uma fonte de energia primária para as instalações. O Energy Vault visa conseguir isso por meio de um design vertical e modular capaz de armazenar até 1,6 GWh por acre. De acordo com a empresa, essa configuração de vários andares permite que os data centers conservem espaço horizontal para a infraestrutura de computação principal, mantendo a autonomia energética.

"A inovação aqui está no formato e em como empilhamos as baterias verticalmente em vários andares para maximizar a densidade de energia e reduzir a pegada do solo. Isso é o que há de novo e é o que é feito sob medida para o mundo do data center", diz Marco Terruzzin, diretor comercial e de produtos da Energy Vault.

Programado para implantação em 2026, o sistema B-Nest visa fornecer 2 GW/20 GWh de armazenamento em vários campi, que a empresa afirma que poderia fornecer mais de dez horas de energia em operação de carga total. A Energy Vault argumenta que, ao implementar a infraestrutura BESS antecipadamente, a RSDC pode garantir energia confiável desde o primeiro dia, independentemente do ritmo de construção de concessionárias.

Terruzzin enfatiza que, no mercado atual, o armazenamento de energia tem tanto a ver com acelerar os cronogramas do projeto e maximizar o uso da terra quanto com a descarbonização. As baterias geralmente são priorizadas para conexão em relação a outros projetos de geração de energia, devido à sua interconexão rápida e à volatilidade da maioria dos mercados elétricos, aumentando a atratividade da tecnologia para as concessionárias como ferramenta de balanceamento.

Isso, afirma a empresa, permitirá que os operadores de data center garantam uma conexão à rede em um ritmo muito mais rápido. O foco no mercado dos EUA reflete isso, com a rede dos EUA enfrentando restrições significativas em meio ao aumento da demanda impulsionada por IA, o que levou a graves atrasos para os operadores de data center. Reformular a utilidade do BESS faz sentido particular nos EUA, onde qualquer coisa considerada verde ou de baixo carbono foi deixada de lado.

Portanto, ao enquadrar o uso do BESS como uma forma de os data centers realizarem suas operações em um prazo acelerado, a Energy Vault espera atrair um número maior de operadoras para testar seu sistema.

No entanto, a implantação, eficácia e escalabilidade do modelo ainda precisam ser vistas. As preocupações incluem seus altos custos de capital, grandes requisitos de espaço e questões sobre a integração da rede. Além disso, parece que o modelo pode depender de alguma forma de energia de carga de base no local, que em última análise poderia ser na forma de geração de gás térmico e prejudicaria suas credenciais de sustentabilidade.

Retribuição

Uma empresa que adota uma abordagem de pequena escala e voltada para a sustentabilidade para a implantação do BESS é a Scandinavian Data Centers (SDC), que este ano instalou uma unidade BESS em seu ScandiDC I, em Eskilstuna, na Suécia.

A implantação foi baseada em uma "responsabilidade de retribuir", diz Svante Horn, CEO da SDC. "Como empresa, vemos o poder como um privilégio, não um direito. Como nos foi concedida uma conexão [de rede] de 10 MW, definida para ser aumentada para 15 MW, a instalação de baterias nos permitiu apoiar e estabilizar a rede enquanto fazíamos uso de uma capacidade pela qual pagamos, independentemente da utilização”.

No momento, o BESS não está sendo usado como uma solução de backup. No entanto, no futuro, a empresa pretende usar as baterias de forma intermitente para evitar a necessidade de operar seus geradores a diesel, a menos que haja uma falha extensa no sistema.

Portanto, a empresa prevê o BESS não apenas como uma solução de backup em potencial, mas também como um resultado líquido positivo para a rede, com Horn explicando: "Queremos que nosso UPS e nossas baterias ajudem a estabilizar a rede ... [e] ter discussões adequadas com os operadores da rede sobre nossa energia de backup ser recursos auxiliares para a rede.

Para a SDC, a utilização do BESS faz parte de um conceito mais amplo de "data center 3.0, onde tudo está por trás do medidor: produção de energia renovável, armazenamento de bateria e reutilização de calor, criando um sistema de energia flexível e totalmente integrado".

Olhando mais longe, Horn vê a Europa como líder na implantação de BESS no mercado de data centers, especialmente em países com alta integração renovável, como a Espanha. No entanto, o ônus recai muito sobre os hiperescaladores para assumir a liderança na construção das baterias, diz Horn. "Quando a economia começar a fazer sentido ... Grandes locais podem ter implantações de baterias industriais e implantações de data center ao mesmo tempo. Mas ainda não chegamos lá".

O que vem por aí?

Os sistemas BESS de íons de lítio até agora constituíram a maior parte das implantações em data centers, como visto nos exemplos mencionados.

No entanto, embora eficaz como uma opção de armazenamento de curto prazo, várias preocupações são notáveis em sua aplicabilidade ao setor. As principais preocupações incluem o risco de incêndio mencionado acima, bem como uma rede de suprimentos fortemente restrita, com o mercado chinês representando mais de 70% da produção global.

Como resultado, a tecnologia de armazenamento de longa duração (LDES) está sendo cada vez mais apontada como uma solução potencial para as deficiências do íon de lítio. Dois exemplos proeminentes são as baterias térmicas e de fluxo, cujos proponentes argumentam oferecer maior flexibilidade na implantação e duração de armazenamento significativamente maior, além de nenhum risco de combustão.

Uma empresa LDES que visa explicitamente o setor de data center é a Exowatt, uma empresa com sede nos EUA que desenvolve uma bateria térmica independente. O sistema apelidado de P3 usa coletores ópticos para capturar energia solar, armazena-a em um bloco sólido de material como "calor sensível" e depois a converte em eletricidade por meio de um motor térmico modular. Ao contrário da maioria das outras baterias, o meio de armazenamento térmico não se degrada com o tempo e é altamente modular, permitindo uma escalabilidade significativa.

Para seu CEO, Hannan Happi, a solução oferece uma forma muito mais eficiente de armazenamento de energia para data centers devido à sua simplicidade. "Não há risco de incêndio, degradação ou resfriamento ativo - é um sistema simples projetado para uma vida útil de 30 anos", diz ele.

A Exowatt está se posicionando como uma fonte de energia principal ou híbrida para o mercado de data centers, oferecendo suporte a novas construções, evitando os atrasos dispendiosos associados à espera de uma conexão à rede.

"Podemos energizar um local greenfield imediatamente, o que muitas vezes cria o incentivo para que as concessionárias sigam e construam subestações".

A Exowatt já iniciou a implantação comercial nos EUA e está trabalhando para escalar a fabricação em direção a 10 a 100 GWh de capacidade anual. Sem terras raras e uma rede de suprimentos baseada nos EUA, Happi acredita que a empresa está bem posicionada.

"Isso não é gás natural ou nuclear. Não há grandes obstáculos regulatórios - apenas terra, luz solar e vontade de repensar como armazenamos energia ", afirma Happi.

Dada a sua dependência da energia solar, a solução é mais restrita em termos de implantação eficaz, com a Exowatt inicialmente visando os estados do Cinturão do Sol dos EUA e do Oriente Médio devido ao seu alto potencial solar. Happi admite: "Você poderia executá-lo no Reino Unido, mas apenas durante alguns meses de verão - e a um custo muito mais alto".

Além disso, devido ao acúmulo significativo de pedidos, a implantação generalizada exigirá uma coordenação substancial de capital e rede de suprimentos.

"Ainda não estamos olhando internacionalmente - estamos muito atrasados nos EUA", diz Happi. "Mas, à medida que expandimos, precisaremos de fabricação descentralizada para evitar o envio de módulos pesados globalmente".

Apesar dessas restrições, a solução oferece uma alternativa interessante. E embora possa não ser uma solução universal, pode ser extremamente eficaz em locais com alto potencial solar.

Indo com o fluxo

Outro player LDES a surgir é a XL Batteries, uma desenvolvedora de baterias de fluxo orgânico. Em maio, a empresa fez parceria com a Prometheus Hyperscale para implantar um projeto de demonstração de 333 kW em um de seus data centers até 2027. Depois disso, a Prometheus planeja adquirir um sistema em escala comercial de 12,5 MW/125 MWh em 2028, com outro sistema idêntico a seguir em 2029.

A solução da XL difere das baterias de fluxo tradicionais, que dependem de vanádio, um metal de terras raras, e, em vez disso, usam química orgânica não inflamável e com pH neutro, construída em torno de matérias-primas petroquímicas disponíveis globalmente. Ao evitar o vanádio, a XL diz que evita a rede de suprimentos de metais de terras raras e, como resultado, pode oferecer uma solução de armazenamento de energia mais segura, barata e escalável para o setor.

Para Thomas Sisto, CEO da XL, as baterias de fluxo têm várias vantagens sobre as baterias de íons de lítio quando se trata de sua aplicabilidade ao mercado de data centers. Ele argumenta que, embora o lítio seja compacto e denso em energia, tornando-o ideal para rajadas curtas ou aplicativos móveis, é muito menos adequado para cenários de longa duração, que estão emergindo como cruciais, especialmente para data centers de IA.

"Vemos o íon de lítio como otimizado para aplicações de zero a seis horas", explica Sisto. "Começa a desmoronar além disso. Nosso sistema pode fornecer energia de minutos a vários dias".

Isso, afirma Sisto, torna a bateria muito mais flexível em seu uso. Ao contrário dos sistemas de armazenamento tradicionais, que se destacam em resposta rápida ou saída sustentada, o sistema da XL pode atuar como um "amortecedor", capaz de suavizar picos de carga inesperados e, ao mesmo tempo, suportar operações noturnas ou de vários dias quando as energias renováveis não estão sendo geradas. Isso é especialmente útil para cargas de trabalho de inferência em que picos repentinos são muito mais comuns.

Além disso, a bateria tem o potencial de atuar como uma solução de backup de longo prazo, potencialmente substituindo geradores a diesel, além de ser uma parte fundamental de uma solução de energia híbrida para data centers, atuando como um ator conectivo entre fontes de energia distribuídas.

A tecnologia tem algumas desvantagens, com uma pegada física muito maior necessária e uma rede de suprimentos que permanece um pouco em sua infância. No entanto, com os data centers cada vez mais voltados para o desenvolvimento greenfield, o espaço geralmente está disponível, o que permitiria a implantação de um número maior de baterias, se necessário.

O acordo com a Prometheus é apenas o ponto de partida para a solução da XL, com a empresa dizendo que já está em negociações com uma série de clientes de data center. Com a implantação prevista para antes do final da década, em breve veremos se as baterias de fluxo podem ser perfeitas para data centers.

Como Sisto argumenta, não existe uma solução única para armazenamento de bateria no setor de data center, com uma variedade de produtos químicos e soluções de bateria, todos com um papel potencial a desempenhar. No futuro, é provável que vejamos uma maior diversidade nas implantações, à medida que as empresas continuam a explorar como as baterias podem complementar melhor o setor e a rede em geral.

"Não estamos tentando ser a única bateria a governar todos, mas acreditamos que há uma grande oportunidade na faixa de seis a 100 horas - e agora, quase ninguém está abordando bem esse espaço".