Armazenamento de energia

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Este post faz parte da série Armazenamento de energia. Leia também os outros posts da série:

Armazenar energia de forma eficiente, barata e limpa, é hoje uma das chaves para uma sociedade sustentável. O armazenamento de energia é um processo de conversão de energia elétrica em uma forma de energia que possa ser armazenada, e utilizada quando necessário. A principal ideia por trás desse sistema, é permitir que a geração da energia elétrica seja realizada em um momento de baixo custo, permitindo assim, armazenar uma determinada quantidade de energia e utilizar em um momento onde a geração de energia seria de alto custo, ou onde a geração de energia tenha sido interrompida inesperadamente.

Um bom exemplo para ilustrar o papel do sistema de armazenamento de energia ocorreu em fevereiro de 2008, durante uma súbita onda de frio, no oeste do Texas. Os ventos que normalmente são implacáveis naquela região, ficaram em silêncio, e as milhares de turbinas eólicas dessa parte do estado, desaceleraram. As operadoras de serviços locais, foram incapazes de compensar o déficit de energia, ocasionando assim, um corte de energia elétrica a milhares de pessoas, até que os ventos voltassem a soprar. Esse episódio não teria ocorrido se as empresas de serviços públicos tivessem poucas centenas de megawatts-hora de energia armazenados e que pudessem ser aproveitadas em situações de emergências.

Sabemos que as fontes de energia renováveis são indispensáveis para o crescimento sustentável do nosso planeta, porém, a potência produzida por fontes renováveis depende do capricho da natureza, e não da demanda humana. Então, para que a geração de energia renovável se torne significativa, o armazenamento de energia é indispensável.

Na época em que ocorreu esse episódio no Texas, a capacidade de armazenamento de energia elétrica em todo o mundo era equivalente a cerca de 90GW de uma produção total de 3400 GW, ou aproximadamente 2,6%. Uma proporção que está extremamente aquém de uma proporção ideal.

No entanto, se analisarmos o contexto histórico, até meados de 1980, os métodos de conversão para o “armazenamento de corrente alternada” eram extremamente caros, não confiáveis ou simplesmente não estavam sendo utilizados. Isto, juntamente com o fato de que a eletricidade é produzida em massa, transmitida e usada na corrente alternada, levou à crença de que a eletricidade não pode ser armazenada. Até que os avanços nas pesquisas na área de eletrônica de potência, com sistemas de potência de alto desempenho e de baixo custo, foram capazes de lidar com níveis de potência muito altos, mudando assim, o conceito de que a eletricidade não poderia ser armazenada de forma viável.

Atualmente, existem diversas tecnologias que são capazes de armazenar energia em suas diferentes formas, são elas:

  • Energia elétrica: Armazenamento eletrostático de energia (capacitores e supercapacitores) e  de energia magnética (supercondutores).
  • Energia mecânica: Armazenamento de energia cinética (flywheel) e de energia potencial (hidráulica e ar comprimido).
  • Energia química: Armazenamento de energia eletroquímica (baterias convencionais e baterias de fluxo); de energia química (células de combustível e baterias de metal-ar) e de energia termoquímica (hidrogênio solar e metal solar).
  • Energia térmica: Armazenamento de energia a baixa temperatura (aquífero frio e energia criogênica) e de energia de alta temperatura (sistemas de calor sensíveis, como acumuladores de vapor ou água quente, e sistemas de calor latente, como materiais de mudança de fase).

Independente da forma de armazenamento de energia, o desafio é sempre que o sistema seja robusto, confiável e economicamente competitivo. 

Armazenamento de energia

Figura 1 – Alguns sistemas de armazenamento de energia.

Embora existam diferentes sistemas de armazenamento de energia, eles possuem características individuais relevantes e devem ser aplicados corretamente, considerando por exemplo, o ambiente em que serão instalados, a demanda de energia, a capacidade de armazenamento e a velocidade de conversão de energia. Para que a diferença de aplicabilidade de cada sistema fique mais clara, a Figura 2 mostra uma relação entre a potência armazenada e o tempo de descarga dessas diferentes técnicas.

 

Armazenamento de energia

Figura 2 – Relação entre a potência armazenada e o tempo de descarga de diferentes técnicas de armazenamento de energia.

 

Analisando a Figura 2 podemos concluir que a bateria de lítio íon armazena até 10MW e descarrega em alguns minutos com uma eficiência de 85% até 100%, isso faz com que a bateria de lítio seja flexível, podendo ser utilizada em diversas aplicações, desde aplicações estacionárias (smart grids), até aplicações não estacionárias (dispositivos portáteis e veículos elétricos). Devido à alta gama de aplicações da bateria de lítio, essa técnica de armazenamento de energia vem sendo muito estudada e aprimorada nos últimos anos. Nos próximos artigos apresentarei a vocês, as principais características das baterias.

Referências

CHEN, H. et al., Progress in Electrical Energy Storage System: A critical Review, Journal of Progress in Natural Science, China, Julho, 2008. Disponível em: <http://dx.doi.org/10.1016/j.pnsc.2008.07.014

LINDLEY, D. The Energy Storage Problem. Nature. Vol 463, Janeiro 2010.

IBRAHIM, H. et al., Energy Storage Systems – Characteristics and Comparisons, Journal of Renewable and Sustainable Energy Reviews, Quebec, Janeiro, 2007. Disponível em: <https://doi.org/10.1016/j.rser.2007.01.023>

AKINYELE, D. O. et al., Review of Energy Storage Technologies for Sustainable Power Networks, Journal of Sustainable Energy Technologies and Assessments, Nova Zelandia, Julho, 2014. Disponível em: <http://dx.doi.org/10.1016/j.seta.2014.07.004>

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A bateria e suas características >>
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