Consequentemente, os sistemas mecânicos de armazenamento de energia tendem a ter grandes dimensões e requerem locais geologicamente favoráveis , escreve Armando R de Araujo
01/11/2022 06:23
”Portanto, não são adequados para uso em instalações de pequena escala”
Imagem ilustrativa.
O mundo vive a necessidade urgente de descarbonizar a atmosfera ou enfrentar problemas impensáveis. Devido a intermitência das frontes renováveis mais económicas, solar e eólica, a descarbonização do setor elétrico exigirá investimentos substanciais em múltiplas tecnologias de armazenamento de energia, bem como em transmissão, para termos geração limpa e flexibilidade de demanda.
Em paralelo, somente quando as tecnologias para remover o dióxido de carbono da atmosfera se tornarem comercialmente disponíveis, as mesmas poderão fornecer compensações de emissões permitindo que geração a gás natural faça parte de um sistema elétrico misto com fontes renováveis. Até lá, para termos um sistema elétrico de energia limpa deveremos ter, no parque gerador, hidroelétricas e nuclear, e armazenamento de energia.
Uma instalação de armazenamento de energia é caracterizada por sua potência máxima instantânea, medida em megawatts (MW); sua capacidade de armazenamento de energia, medida em megawatt-hora (MWh); e sua eficiência de carga e geração (ou descarga), medida como a fração da energia usada para carregar o armazenamento que é devolvida na geração, ou descarga.
Outra característica importante do sistema de armazenamento de energia é o chamado tempo de armazenamento da instalação, medido em horas; que mede a relação entre a capacidade de armazenamento de energia e o tempo que a instalação pode gerar sua potência máxima ate esgotar sua energia armazenada. Esse é o período de tempo durante o qual a instalação pode fornecer potência máxima ao iniciar com carga total. A maioria das instalações de armazenamento de bateria atualmente implantadas tem tempo de armazenamento de quatro horas ou menos; a maioria das instalações hidrelétricas reversíveis existentes têm durações de oito a doze horas ou mais; algumas usinas solar de raios concentrados (CSP) estão sendo implantadas com tempo de até oito horas.
As tecnologias de armazenamento também diferem na densidade de energia, que é a quantidade máxima de energia que pode ser armazenada por unidade de volume.
Existem vários tipos de armazenamento de energia atualmente em diferentes níveis de desenvolvimento tecnológico — alguns ainda a nível investigativo, outros já a nível de uso comercial. Todos desempenham a função central de armazenar energia elétrica durante os períodos em que a produção de Energia Renovável Intermitente é abundante e devolver essa energia ao sistema nos momentos em que a Energia Renovável é escassa.
Um primeiro grupo, com alto custo de potência máxima (400 a 1.300 US$/kW) e baixo custo de capacidade de armazenamento de energia (até 20 US$/kWh), inclui opções de armazenamento térmico, químico e hidrelétrico convencional ou reversível. Geralmente, as tecnologias desse grupo são mais adequadas para aplicativos de armazenamento de longa duração (até vários dias) e ciclos de carga e descarga menos frequentes.
O segundo grupo, com baixo custo de energia (abaixo de 200 US$/kW), mas alto custo de capacidade energética (70 a 18 US$/kWh), inclui baterias de íon-lítio. As tecnologias deste grupo, incluindo baterias de íon-lítio, são mais adequadas para aplicações de menor duração (algumas horas) e ciclos mais frequentes.
O terceiro grupo; as baterias de fluxo estão na faixa intermediária e para custos de potência (200 a 600 US$/kW) e capacidade de energia (10 a 100 US$/kWh).
Além desses dois parâmetros (custo de potência e de capacidade de energia), outros atributos de custo e desempenho, por exemplo, eficiência de carga e geração, também são importantes ao comparar tecnologias de armazenamento dentro e entre cada classe.
Analisemos algumas características de cada um desses grupos.
O armazenamento de energia térmica possui atributos adequados para armazenamento de longa duração, incluindo a capacidade de armazenar calor de forma eficaz em materiais de baixo custo. Uma possível abordagem para tal pode ser no retrofit usinas termoelétricas existentes reutilizando turbinas a vapor dessas usinas existentes e adicionando armazenamento térmico e novos geradores de vapor no lugar de combustíveis fósseis existentes. Já existem usinas solares de raios concentrados (CSP) usando essa tecnologia.
Para o armazenamento de energia química, o líder é o hidrogênio que pode ser produzido diretamente da eletricidade em uma única etapa e consumido como combustível para produzir energia ou como matéria-prima ou fonte de calor para outros processos industriais. É uma grande esperança, porem, o papel do hidrogênio como forma de armazenamento de energia para o setor elétrico provavelmente dependerá da extensão de seu uso na economia geral (indústria e fertilizantes) e dos seus custos de produção, transporte e armazenamento.
A energia elétrica pode ser convertida e armazenada em várias formas de energia mecânica, como energia potencial gravitacional e energia cinética; a energia elétrica também pode ser usada para comprimir um gás como o ar. Algumas dessas formas de energia mecânica são adequadas para armazenamento de energia em larga escala e de longa duração. Uma característica comum de todas essas tecnologias, no entanto, é que sua densidade de energia é muito menor do que a densidade de energia das tecnologias de armazenamento químico ou eletroquímico. Consequentemente, os sistemas mecânicos de armazenamento de energia tendem a ter grandes dimensões e requerem locais geologicamente favoráveis - portanto, não são adequados para uso em instalações de pequena escala.
A mais importante desse último grupo são as hidrelétricas de armazenamento e bombeamento (reversíveis). É uma tecnologia madura e amplamente implantada que representa bem mais de 90% da capacidade funcional de armazenamento de energia em escala que existe globalmente. No entanto, a implantação de hidroelétricas em geral diminuiu significativamente desde a década de 1990. Embora não seja exclusivamente uma tecnologia de armazenamento de eletricidade, os sistemas hidrelétricos convencionais existentes com reservatórios de armazenamento podem desempenhar um papel maior no equilíbrio entre oferta e demanda em sistemas de eletricidade que dependem fortemente da geração intermitente.
Assim o estágio atual de desenvolvimento nos permite ter como perspetiva:
· Algumas das tecnologias estão comprovadas e disponíveis para implantação comercial, como baterias de íons de lítio, hidrelétricas reversíveis e algumas opções de armazenamento térmico. Outras exigiriam mais pesquisa, desenvolvimento e demonstração, e poderiam não estar comercialmente disponíveis em escala antes dos anos 2030 ou 2040.
· As baterias de íons de lítio possuem alta densidade de energia e alta eficiência de carga e descarga, facilita seu uso em veículos elétricos e em aplicações de armazenamento de sistemas elétricos de curta duração (normalmente 4 horas ou menos).·As centrais hidrelétricas convencionais e reversíveis são excelente alternativa para armazenamento de energia;
· As centrais solares térmicas com raios concentrados (CSP) são uma solução a ser considerada para desenvolvimento de fonte de armazenamento térmico de energia;
· A instalação de sistemas de armazenamento de energia em usinas de energia existentes que estão sendo aposentadas pode reduzir os custos de armazenamento, permitindo a reutilização de interconexões de rede existentes e, em alguns casos, outros componentes da usina.
· O papel do hidrogênio como forma de armazenamento de energia para o setor elétrico provavelmente dependerá da extensão de seu uso na economia geral e dos seus custos de produção, transporte e armazenamento.
· Os blackouts ocorridos recentemente na Califórnia e no Texas mostram a necessidade de reserva de energia em sistemas com forte participação de fontes intermitentes.
· Nos sistemas que implantaram modelo de comercialização competitiva para eletricidade, como o Sistema Interligado Nacional do Brasil, será necessário criar arcabouço regulatório adequado para remuneração adequada para investimentos em armazenamento de energia
Por Armando R de Araujo , Engenheiro Eletricista pela UFRJ, Mestrado pelo Illinois Institute of Technology, Doutorado pela UFEI, Ex Secretario Nacional de Energia do Ministério de Infraestrutura, Ex Presidente da Eletronorte, Ex Presidente do Conselho de Administração de Furnas, CHESF e Eletronorte, Ex Professor da UFRJ, UERJ e UnB.