Sistemas de armazenamento de energia: tendências para o setor elétrico

Sistemas de armazenamento de energia: tendências para o setor elétrico

Nos próximos anos, com o aumento da participação de determinadas fontes renováveis no suprimento de energia elétrica (fotovoltaica, eólica, concentradores solares, entre outros) espera-se um aumento da demanda por sistemas de armazenamento de energia para viabilizar a integração de tais fontes aos sistemas de distribuição atuais.

Espera-se que a adoção de sistemas de armazenamento traga maior equilíbrio entre a oferta e a demanda (variáveis em função das condições climáticas, por exemplo).

Além disto, quando se investe em armazenamento de energia, se reduz a dependência de usinas geradoras de eletricidade alimentadas por combustíveis fósseis para atender consumos em horários de pico (como as termoelétricas, no caso brasileiro).

Os Estados Unidos têm cerca de 240 GWh de capacidade de armazenamento de energia instalada, representando 2,3% da capacidade de geração daquele país. A maior parte deste armazenamento (96%) é feita através de bombeamento de água para reservatórios e posterior geração hidroelétrica. No mundo, este tipo de armazenamento em reservatórios alcança 98% de participação.

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Redução das emissões dos gases do efeito estufa;A Califórnia, por exemplo, criou nos últimos anos um programa de incentivo para implantação de sistemas de armazenamento de energia com o objetivo de alcançar uma capacidade de armazenamento de 1,325 (GW) até 2024. O programa prevê que a aprovação dos sistemas deve estar vinculada ao atendimento de uma ou mais premissas:

  • Redução de demanda por geração de energia no pico;
  • Redução ou substituição do investimento em geração, transmissão ou distribuição;
  • Aumento da confiabilidade na operação do sistema de transmissão ou distribuição;

Atualmente são conhecidas diversas formas de armazenamento de energia que diferem em termos de desempenho, custo e maturidade tecnológica.

Entre as tecnologias mais maduras estão: o bombeamento de água para reservatórios e posterior geração hidroelétrica; sistemas de ar comprimido; “rodas inerciais” (flywheels); baterias e tanques de armazenamento de calor (sal em estado líquido – aquecido).

Entre as tecnologias promissoras, em estágio avançado de pesquisas, estão: Capacitores eletroquímicos e campos magnéticos gerados em supercondutores.

Já o armazenamento de energia utilizando a eletrólise da água para formação de hidrogênio ainda depende de maior desenvolvimento para superar o alto investimento inicial, a baixa eficiência e as preocupações com aspectos de segurança. Mesmo com estes desafios, a tecnologia é considerada de grande potencial de utilização por alguns especialistas.

Uma breve descrição das principais tecnologias:

Estações de bombeamento de água para reservatórios e posterior geração hidroelétrica

O princípio se baseia no transporte de água entre reservatórios em diferentes cotas de implantação por meio de bombas de recalque que consomem energia elétrica. Assim, a energia elétrica (menos as perdas das bombas) é transformada em energia potencial para posterior geração hidroelétrica a fim de atender demandas em épocas específicas ou para regular o preço de comercialização da energia. No mundo, há mais de 270 estações deste tipo em operação, que juntas são capazes de prover 120 GW de eletricidade.

Dado que o sistema opera em módulos, consegue gerar energia de maneira estável por um longo período de tempo e de forma compatível com a variação sazonal de demanda. Em contrapartida, é um sistema com resposta lenta aos picos de demanda que acontecem em períodos menores do que 15 minutos. Contudo, nos últimos anos, com a introdução das bombas com variadores de frequência foi possível aumentar a velocidade de resposta e a flexibilidade do sistema frente às oscilações de demanda de curta duração.

Há ainda dois condicionantes importantes para a adoção deste tipo de sistema de armazenamento de energia: a dependência de características de relevo para implementação e os impactos ambientais de se criar reservatórios (inundação de áreas x fauna e flora).

 

Sistema de ar comprimido

Sistema com baixa participação na matriz de armazenamento de energia no mundo. De toda a capacidade de armazenamento instalada, este sistema representa apenas 0,3%.

O conceito do sistema se baseia na coleta de ar e seu armazenamento comprimido em cavidades geológicas de grandes proporções. Para produção de eletricidade, o ar comprimido até então armazenado, é liberado passando por turbinas geradoras de energia.

Atualmente há dois sistemas operando comercialmente no mundo: Sistema de 290 MW (Huntorf – Alemanha) e Sistema de 110 MW (McIntosh – Alabama – EUA). Os dois sistemas armazenam o ar comprimido em “cavernas” escavadas.

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Em comparação a outras formas de armazenamento de energia, o sistema tem menor eficiência.Atualmente, parte das novas aplicações deste tipo têm adotado menores proporções, tanques acima da superfície e sistemas de compressão e conversão mais eficientes. Outras aplicações do conceito têm explorado formações geológicas mais abundantes no planeta e com maiores capacidades de armazenamento, como por exemplo rochas com porosidade. Há ainda estudos para armazenamento em “bolsões” poliméricos de alta resistência, abaixo d’água.

Sistema de armazenamento por “rodas” inerciais

O sistema armazena a energia cinética pelo movimento de um rotor, instalado em uma câmara de vácuo.

A energia cinética armazenada pelo rotor em movimento, diminui (é consumida) ao fazer funcionar uma unidade geradora de energia; Contrariamente, a quantidade de energia armazenada aumenta quando um motor (que consome energia) acelera o rotor.

Rodas inerciais atualmente são uma opção custosa de armazenamento, sendo implantadas em situações com variação de demanda de curta duração e com necessidade de resposta em frações de segundo.

Sistemas de armazenamento energia com baterias eletroquímicas recarregáveis

Sistemas de armazenamento com baterias eletroquímicas recarregáveis consomem energia elétrica na transformação elementos químicos em compostos com potencial de liberar energia ao reagir quimicamente (reações de redução e oxidação por exemplo). São considerados sistemas versáteis, porém seus elevados custos e os desafios técnicos associados à sua utilização, tem limitado a sua aplicação. Atualmente apenas 0,2 % de toda a capacidade de armazenamento de energia no mundo adota o conceito de baterias.

Tanques de armazenamento de calor (sal em estado líquido – aquecido).

O sistema de armazenamento de energia térmica com sal em estado líquido (450°C a 600°C), descrito inicialmente neste blog em 28/09/2015, é associado normalmente ao uso de painéis de concentração de radiação solar (CSP – Concentrating Solar Power).Após ser aquecido pela radiação solar, o sal derretido é armazenado em tanques isolados termicamente e posteriormente é utilizado para gerar energia elétrica em turbinas à vapor. Este conceito é aplicado em cerca de 2,4% dos projetos de armazenamento dos EUA, com um custo de implantação bastante competitivo.

Uma outra tecnologia emergente é a conversão de eletricidade em energia térmica através de ciclos de bombas de calor (equipamento cujo funcionamento foi descrito neste blog em 30/04/2015). A energia térmica armazenada é posteriormente convertida em eletricidade. O processo de armazenamento e reconversão da energia alcança normalmente uma eficiência de 65% a 70%, e em alguns casos excepcionais, cerca de 80%, com custos equivalentes aos do sistema de bombeamento de água para reservatórios em cotas mais elevadas.

Fonte:http://blogs.pini.com.br