Os sistemas de armazenamento energético industrial em grande escala revelaram-se como uma ferramenta integral para as companhias energéticas e a solução idônea para garantir um fornecimento elétrico confiável a toda a população mundial, ao mesmo tempo que se avança em um modelo descarbonizado da economia com a integração das energias renováveis não administráveis.
Com um aumento de quase o dobro com relação ao nível de 2017, a instalação dos sistemas de armazenamento energético alcançou em 2018 um nível recorde, até superar os 8 GWh. Embora haja países como a Coreia do Sul, China, Estados Unidos ou Alemanha que lideram a implementação destas usinas, a aposta no âmbito mundial é evidente e “novos mercados emergiram rapidamente ali onde os governos e as companhias energéticas criaram mecanismos de apoio, incluindo o sudeste asiático e África do Sul, o que aponta para a necessidade de políticas de suporte e apoio,” afirmam Miguel Santos e Jorge Nájera, pesquisadores na Unidade de Sistemas Elétricos de Potência do Centro de Investigações Energéticas, Meio Ambientais e Tecnológicas (Ciemat).
Efetivamente, as instalações de armazenamento energético requerem ajudas governamentais e uma estrutura de mercado estabelecida, que, juntamente com o decrescimento constante dos custos tecnológicos de armazenamento e o boom na fabricação de baterias para veículos elétricos, seriam um impulso para o setor. Tanto é assim, que o relatório ‘Embracing the Next Energy Revolution: Electricity Storage’, de Bain & Company, estima que os sistemas de armazenamento energético em grande escala poderiam ser competitivos em custos com as usinas de corte de picos em 2025.
Tecnologias de armazenamento
Hoje em dia existe uma grande variedade de tecnologias de armazenamento de energia, dependendo da forma em que esta é preservada, conforme enumeram os pesquisadores do Ciemat:
– Armazenamento químico. É o caso do hidrogênio, que se obtém a partir da eletrólise da água. O armazenamento deste tipo de energia realiza-se na forma de H2, ou de derivados do hidrogênio como os combustíveis ou os hidretos, e posteriormente pode ser “queimado” em pias de combustível para produzir eletricidade de novo.
– Armazenamento eletroquímico. Na forma de baterias convencionais (alcalinas, de chumbo-ácido, de íon lítio, etc.) ou baterias de fluxo.
– Armazenamento elétrico. A energia armazena-se na forma de campos elétricos ou magnéticos em supercondensadores ou bobinas supercondutoras respectivamente, o que permite uma rápida resposta em potência, ainda que não uma grande capacidade de armazenamento a longo prazo.
– Armazenamento mecânico. Inclui o ar comprimido, ar líquido, os volantes de inércia ou o hidro-bombeamento.
– Armazenamento térmico. Como o armazenamento em sais fundidos, muito utilizado nas centrais termosolares.
A grande maioria da potência instalada (99%) é representada pelo hidro-bombeamento, o outro 1% inclui uma combinação do resto das tecnologias em que o ar comprimido e os diferentes tipos de baterias se destacam. No entanto, nos últimos anos, as baterias de lítio estão contribuindo notavelmente à potência instalada anual. “As tecnologias de armazenamento de energia caracterizam-se por sua capacidade, potência, energia e tempo de descarga. Não existe uma idônea no âmbito global, mas cada uma oferece prestações ótimas em diferentes condições de potência e tempo de descarga”, certificam Nájera e Santos. São, portanto, tecnologias complementares, “sendo a hibridação (isto é, combinação de diferentes tecnologias de armazenamento) a solução ótima na maioria dos problemas reais”.
Integrar as energias renováveis
Os sistemas de armazenamento de energia também se posicionam como atores fundamentais para acompanhar as energias renováveis, já que, como destacam os especialistas do Ciemat, aumentam a participação destas nos serviços auxiliares e serviços de regulação de rede, reduzem as descargas, contribuem para a cobertura da demanda, diminuem a variabilidade da produção renovável, asseguram a produção de energia prevista, reduzem os custos de operação e geração e, em suma, proporcionam uma maior segurança e confiabilidade ao sistema elétrico.
No âmbito industrial, as combinações de renovável não administrável e armazenamento mais utilizadas são:
– Energia eólica + baterias/hidrogênio. O mais usado até a data foram baterias de Li-Ion, apesar de que também se instalaram com muito êxito baterias de fluxo. A opção com mais futuro é a denominada power-to-gas, na que se emprega o hidrogênio como armazenamento.
– Energia solar fotovoltaica + baterias. Tradicionalmente tem sido usadas baterias de Pb-ácido, embora ultimamente o Li-Ion está se impondo no mercado.
– Energia solar térmica + sais. Até a data, os sais mais usados são misturas de sais líquidos de nitratos de sódio e de potássio.
Em qualquer caso, as energias renováveis não administráveis contam com três características principais que dificultam a sua integração na rede elétrica: produção variável, predição incerta e recurso deslocalizado, pelo que em caso de que se queira incrementar a porcentagem de penetração deste tipo de energias é preciso aumentar a flexibilidade do sistema, para evitar que estas características suponham um problema para a confiabilidade e qualidade da energia fornecida.
Flexibilidade do sistema energético
Existe também um problema meio ambiental que é preciso abordar, tendo em conta que a extração e manufatura dos materiais para produzir os sistemas de armazenamento acarretam um importante gasto energético que é, em algumas ocasiões, muito poluente (extração do lítio).
A Agência Internacional da Energia publicou em 2014 um roteiro em que se identificava o armazenamento de energia como um elemento chave para alcançar os objetivos globais de descarbonização. Na época estimou-se que seriam necessários uns 310 GW adicionais de armazenamento conectado em rede para alcançar este objetivo. Identificaram-se também as ações fundamentais a serem realizadas, entre as que destacam o desenho de um quadro regulatório e um mercado que acelerem o desenvolvimento do setor e o investimento em P&D e em projetos de demonstração.
Fonte: Tracking Energy Integration, da Agência Internacional da Energia
Nesta linha, o Banco Mundial promoveu recentemente um acordo que supõe um compromisso de financiamento de mil milhões de dólares para acelerar os investimentos em armazenamento por baterias para os sistemas elétricos em países de renda médio-baixa. O objetivo deste investimento é aumentar a utilização de energia eólica e solar nos países em desenvolvimento, assim como melhorar a confiabilidade da rede, da estabilidade e da qualidade da eletricidade, reduzindo ao mesmo tempo as emissões de dióxido de carbono.
Tecnologías de armazenamento de energia
Fonte: Associação Europeia de Armazenamento de Energia
Colaboraram neste artigo…
Jorge Nájera é engenheiro industrial com especialidade em Engenharia Elétrica pela Universidade Politécnica de Madri, onde iniciou seus estudos de doutorado.
É especialista na modelagem de redes elétricas de média e baixa tensão, de inversores bidirecionais, de controladores de carga, assim como de baterias de Li-Ion. Além disso, conta com ampla experiência de laboratório na programação e operação de estações de carga bidirecionais de baterias e supercondensadores. Esta experiência permitiu-lhe trabalhar em projetos nacionais de automóveis elétricos como Segvauto-Tries-CM e PCB Bus. Conta com experiência em Elecnor como consultor técnico no departamento de energia.
Na atualidade é pesquisador na Unidade de Sistemas Elétricos de Potência do Ciemat, trabalhando para o projeto europeu Seatitan.
Miguel Santos é engenheiro industrial, especialidade em Energia, pela Universidade de Valladolid. Possui também um Mestrado em Energias Renováveis e Mercado Energético, pela Escola de Organização Industrial de Madri, e um Mestrado em Energias Renováveis Marinhas, pela Universidade de Strathclyde.
É um especialista na modelagem analítica de conversores de energia das ondas e na avaliação tecno-econômica de dispositivos de energias de ondas e correntes marinhas. Além disso, tem experiência como gestor de projetos, graças a seus 4 anos de trabalho para o tecnólogo espanhol Wedge Global, coordenando e participando nos projetos Undigen e Undigen+.
Entre 2017 e 2019 trabalhou para o Policy and Innovation Group da Universidade de Edimburgo. Atualmente é investigador na Unidade de Sistemas Elétricos de Potência do Ciemat em Madri.
