O que é armazenamento de energia?

A capacidade de armazenar energia pode facilitar a integração da energia limpa e da energia renovável às redes de Power e ao uso cotidiano no mundo real. Por exemplo, o armazenamento de eletricidade por meio de baterias alimenta veículos elétricos, enquanto os sistemas de armazenamento de energia em larga escala ajudam as concessionárias a atender à demanda de eletricidade durante os períodos em que os recursos de energia renovável não estão produzindo energia.

A expansão da energia renovável possibilitada pelo armazenamento de energia pode suplantar e reduzir alguns impactos ambientais e a produção de energia baseada em combustíveis fósseis.Esse avanço pode ajudar os países a atingir suas metas de neutralidade de carbono.

A bateria, uma das invenções mais famosas projetadas para armazenar eletricidade, data de 1800. O físico italiano Alessandro Volta usou uma pilha de discos de níquel, discos de zinco e almofadas encharcadas de água salgada para fornecer corrente elétrica. Cerca de 60 anos depois, o físico francês Gaston Planté inventou uma bateria recarregável usando chumbo e ácido sulfúrico, conhecida como bateria de chumbo-ácido. 

Depois, no início do século XIX, o inventor americano Thomas Edison criou um tipo diferente de bateria recarregável que utilizava níquel e ferro. O engenheiro químico canadense Lewis Urry desenvolveu posteriormente o protótipo da bateria alcalina moderna em 1957 após pesquisar o uso de zinco por Edison.

Duas outras formas de armazenamento de energia utilizadas há muito tempo são o armazenamento hidrelétrico bombeado e o armazenamento de energia térmica. O armazenamento hidrelétrico bombeado, que é um tipo de armazenamento de energia hidrelétrica, era usado já em 1890 na Itália e na Suíça antes de se espalhar pelo mundo.

O armazenamento de energia térmica (TES) era usado em geladeiras projetadas para preservação de alimentos no início do século XIX. Os sistemas TES modernos ajudam a aquecer e resfriar prédios desde o início do século XX.

A capacidade de geração de eletricidade em sistemas de armazenamento de energia pode ser medida de duas formas:

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2. Capacidade de potência, ou a quantidade máxima de eletricidade gerada continuamente, é medida em watts, como quilowatts (kW), megawatts (MW) e gigawatts (GW).
   
   
3. A capacidade de energia, ou a quantidade total de energia armazenada, é medida em watts-hora, como quilowatts-hora (kWh), megawatts-hora (MWh) e gigawatts-hora (GWh).

Os sistemas de armazenamento de energia elétrica (ESS) geralmente apoiam as redes elétricas. Os tipos de sistemas de armazenamento de energia são:

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• Armazenamento hidrelétrico bombeado
• Sistemas de armazenamento de energia em bateria
• Volantes de inércia
• Armazenamento de energia por ar comprimido
• Armazenamento de energia térmica
• Armazenamento de hidrogênio
• Supercapacitores

O armazenamento hidrelétrico bombeado, também conhecido como energia hidrelétrica de armazenamento bombeado, pode ser comparado a uma bateria gigante composta por dois reservatórios de água de diferentes elevações. A chamada bateria “carrega” quando a energia é utilizada para bombear água de um reservatório mais baixo para um reservatório mais alto.

O sistema de armazenamento de energia “descarrega” energia quando a água, puxada pela gravidade, é liberada de volta para o reservatório de menor elevação e passa por uma turbina ao longo do caminho. O movimento da água através da turbina gera energia que alimenta sistemas de rede elétrica.

O armazenamento hidrelétrico bombeado é a tecnologia de armazenamento de energia mais implementada em todo o mundo, de acordo com a Agência Internacional de Energia, representando 90% do armazenamento global de energia em 2020.¹ Em maio de 2023, a China lidera o mundo em capacidade operacional de armazenamento bombeado com 50 gigawatts (GW), representando 30% da capacidade global.²

Um sistema de armazenamento de energia de bateria (BESS) é um sistema de armazenamento eletroquímico que possibilita o armazenamento de eletricidade como energia química e liberada quando necessário. Os tipos comuns são as baterias de chumbo-ácido e de íons de lítio, enquanto as tecnologias mais recentes são as baterias de estado sólido ou de fluxo.

Atualmente, as baterias de íon de lítio dominam o mercado de armazenamento de baterias em escala de grade. Em 2023, a maior instalação de armazenamento de baterias de íons de lítio do mundo estava no Condado de Monterrey, Califórnia, com uma capacidade de 550 megawatts.³ As baterias de íons de lítio também são usadas em veículos elétricos.

As soluções de armazenamento em bateria devem superar o armazenamento por bombeamento hidráulico em participação de mercado nos próximos anos, enquanto países em todo o mundo investem mais intensamente em soluções de armazenamento em bateria em escala de rede. Nos EUA, por exemplo, espera-se que a capacidade instalada de baterias duplique em 2024, com a maioria das novas instalações BESS localizadas no Texas e na Califórnia.⁴

Embora grande parte dos investimentos em BESS do mundo ocorra em grandes economias avançadas, os países em desenvolvimento recebem ajuda nas instalações de armazenamento em bateria por meio de programas como o Energy Storage Partnership do Banco Mundial.

Volante de inércia é um dispositivo de armazenamento de energia mecânica no qual uma roda giratória armazena energia cinética. A eletricidade é usada para “carregar” o volante, fazendo-o girar em altas velocidades, enquanto a rotação do volante a uma velocidade constante armazena essa energia.

Os sistemas de armazenamento de energia com volantes de inércia (FESS) são considerados uma tecnologia de eficiência energética, mas podem descarregar eletricidade por períodos de tempo mais curtos do que outros métodos de armazenamento. Embora a América do Norte atualmente domine o mercado global de volantes de inércia (grandes sistemas de armazenamento de energia de volantes podem ser encontrados em Nova York, Pensilvânia e Ontário), a demanda está aumentando na Europa.⁵

Essa tecnologia de energia funciona utilizando eletricidade para comprimir o ar e armazená-lo no subsolo, geralmente em cavernas. Para gerar eletricidade, o ar é liberado e passa por uma turbina ligada a um gerador elétrico. Há algumas usinas de armazenamento de energia por ar comprimido (CAES) em operação em todo o mundo, inclusive na China, no Canadá, na Alemanha e nos EUA.

O armazenamento de energia térmica (TES) pode ser encontrado em usinas de energia elétrica solar-térmica, que utilizam sistemas de energia solar concentrada (CSP). Esses sistemas utilizam luz solar concentrada para aquecer fluidos, como água ou sal fundido. Embora o vapor do fluido possa ser usado para produzir eletricidade imediatamente, o fluido também pode ser armazenado em tanques para uso posterior.

A eletricidade pode ser convertida em hidrogênio para armazenamento por meio da eletrólise da água, utilizando eletricidade para dividir as moléculas de água em hidrogênio e oxigênio. A energia é liberada quando o hidrogênio é utilizado como combustível para a geração de eletricidade e para o transporte. O armazenamento de hidrogênio é considerado uma tecnologia crítica para as células de combustível, que geram eletricidade por meio de reações químicas.

Supercapacitores são dispositivos eletroquímicos que armazenam energia coletando cargas elétricas em eletrodos (condutores elétricos) cheios com uma solução eletrolítica. Então, eles podem descarregar eletricidade rapidamente, tendo ciclos de vida longos. Às vezes, elas são consideradas substitutas potenciais das baterias de íon-lítio, mas têm densidade de energia menor.⁶

Os benefícios dos sistemas de armazenamento de energia se estendem às redes elétricas devido à seus recursos de compensação das flutuações no fornecimento de energia. Um ESS pode reter o excesso de eletricidade quando está disponível, geralmente durante períodos de baixo consumo de eletricidade à noite e pela manhã. Em seguida, um ESS pode contribuir com o fornecimento de eletricidade em horários em que as fontes de energia primárias não estão contribuindo o suficiente, especialmente durante os horários de pico de uso de energia, como no fim da tarde e à noite.

Além disso, os sistemas ESS que pertencem aos clientes da rede podem gerar recursos de backup durante interrupções na rede e serem integrados às microrredes. 

A flexibilidade que o ESS oferece às redes de energia pode ajudar a integrar energia renovável e verde (tanto instalação em escala de serviços públicos quanto recursos distribuídos de energia) em sistemas de energia que antes dependiam de combustíveis fósseis. Os projetos de armazenamento de energia renovável podem ajudar a estabilizar o fluxo de energia fornecendo energia em momentos em que as fontes de energia renováveis não estão gerando eletricidade. Por exemplo, eles fornecem energia à noite para instalações de energia solar com células fotovoltaicas ou durante dias calmos, quando as turbinas eólicas não giram.

Por outro lado, o ESS também é útil em casos em que fontes de energia renováveis produzem eletricidade em excesso, como geração de energia solar em tardes ensolaradas ou geração de energia eólica em dias de vento forte, por exemplo. As soluções de armazenamento de energia renovável garantem que o excesso de eletricidade não seja desperdiçado.

O suporte que o armazenamento de energia fornece às redes elétricas é considerado fundamental para ajudar os países na transição para energia limpa e alcançar um futuro com neutralidade de carbono. À medida que os países aumentam o uso de energia renovável, eles podem reduzir sua dependência da energia de combustíveis fósseis. Essa mudança pode reduzir significativamente as emissões de gases de efeito estufa e ajudá-los a alcançar a sustentabilidade no consumo e na produção de energia.

O período em que um ESS pode fornecer eletricidade varia de acordo com o projeto e o tipo de armazenamento de energia. Os sistemas de armazenamento de energia com curta duração fornecem energia por apenas alguns minutos, enquanto o armazenamento de energia diurno fornece energia por horas. Os sistemas de armazenamento de energia por bombeamento hidrelétrico, ar comprimido e algumas baterias disponibilizam armazenamento diurno, enquanto outros sistemas de baterias e volantes de inércia suportam armazenamento de curta duração.

Os altos custos da energia e as curtas durações do armazenamento podem ser obstáculos na adoção de alguns sistemas de armazenamento de energia, mas há pesquisadores trabalhando para superar esses obstáculos. Inovações nas tecnologias de energia poderiam possibilitar sistemas de armazenamento de energia elétrica de baixo custo para fornecer energia por 10 horas ou mais, o que poderia estabilizar ainda mais os suprimentos de energia enquanto mais fontes de energia renovável fossem adicionados.

O desenvolvimento desse armazenamento de energia de longa duração (LDES) também tem o apoio de formuladores de políticas, com países como Espanha, Reino Unido e EUA desenvolvendo planos para incentivar projetos de LDES.