Matriz energética e o impacto ambiental: Armazenamento ilimitado de energia de baixo custo

Não existe armazenamento de energia ilimitado e de baixo custo atualmente, mas a combinação de fontes como a solar com sistemas de armazenamento de energia (BESS) é a melhor abordagem para um fornecimento constante e acessível. A energia solar é a fonte mais barata, e as baterias de íon-lítio são a tecnologia de armazenamento mais comum. Para reduzir custos, o sistema pode ser usado para armazenar energia excedente gerada durante o dia e utilizá-la à noite, ou em horários de pico quando a eletricidade é mais cara. Outras tecnologias promissoras incluem armazenamento de calor com sal fundido, pilhas de areia e hidrogênio verde, mas elas ainda estão em desenvolvimento.

Combinação de fontes de energia renovável e armazenamento

Energia Solar e Baterias: A energia solar é declarada como a fonte de energia mais barata. O sistema solar pode gerar eletricidade durante o dia, e a energia excedente pode ser armazenada em baterias de íon-lítio (BESS) para ser utilizada à noite, tornando a fonte de energia constante e reduzindo a dependência da rede elétrica.

Energia Eólica e Baterias: Similarmente, a energia eólica pode ser armazenada em baterias quando a produção é alta, para ser usada quando a velocidade do vento diminui.

Tecnologias alternativas em desenvolvimento

Armazenamento de calor:

Sal fundido: Armazena calor gerado em períodos de alta produção de energia para uso posterior, como aquecimento, diz um vídeo do YouTube.

Pilhas de areia: Armazenam calor em altas temperaturas para aquecer edifícios e indústrias, especialmente em climas frios, conforme o vídeo do YouTube.

Hidrogênio verde: A produção e o armazenamento de hidrogênio verde são tecnologias promissoras que estão sendo impulsionadas por avanços tecnológicos, como a hidrogenação de turbinas eólicas, cita a CNN Brasil.

Baterias de sódio: São consideradas uma alternativa mais barata e segura às baterias de íon-lítio, e pesquisas estão sendo realizadas para melhorar a sua eficiência e viabilidade.

Benefícios adicionais de sistemas de armazenamento de energia (ESS)

Redução de custos: O armazenamento de energia ajuda a reduzir os custos de eletricidade, permitindo que os consumidores aproveitem as tarifas de energia fora do horário de pico ou usem a energia solar para suprir a demanda quando os preços são altos.

Segurança energética: Em caso de falhas na rede, os sistemas de armazenamento de energia garantem um fornecimento contínuo, como em hospitais, data centers e indústrias, de acordo com a BYD - Energia.

Estabilidade da rede: A integração do BESS com fontes renováveis melhora a estabilidade da rede, pois a energia pode ser armazenada e liberada de acordo com a necessidade, ajudando a gerenciar a intermitência das fontes renováveis.

Em sua mais nova coluna mensal para a pv magazine, a International Solar Energy Society (ISES) explica como o armazenamento de energia hidrelétrica bombeada combinado com a geração de energia fotovoltaica pode fornecer energia 24 horas por dia, 7 dias por semana para data centers.

O Armazenamento de Energia Hidrelétrica Bombeada (PHES) fornece uma solução amplamente disponível, altamente madura, de menor custo, de menor impacto e de vida útil mais longa para dunkelflaute (períodos com pouca luz solar e pouco ou nenhum vento).

A PHES constitui 95% do armazenamento global de energia. O mundo tem 820.000 locais PHES com um armazenamento combinado de 86 milhões de GWh, o que equivale ao armazenamento utilizável em 2.000.000.000.000 de baterias de veículos elétricos.

PHES e baterias são uma solução completa de armazenamento de energia para eletricidade solar e eólica. As baterias cuidam do armazenamento de alta potência de curto prazo (algumas horas), enquanto o PHES cobre o armazenamento durante a noite, dias ou estações.

Uma PHES de qualidade premium fornece armazenamento de energia na faixa de tamanho de 5 a 5000 GWh a um custo de capital de 5 a 10 vezes menor do que as baterias (US$ 8 a 40) e com uma vida útil 10 vezes maior (150 anos). Os sites premium têm cabeça grande – diferença de altitude (ou desnível) entre os reservatórios superior e inferior em uma usina hidrelétrica reversível (400-1600 m); grande relação água-rocha (10-50) e túneis de pressão curtos (alguns km).

O custo do PHES está caindo tão rápido quanto as baterias porque o Atlas Global do PHES descobriu centenas de milhares de excelentes locais fora do rio.

Não são necessárias novas barragens nos rios. A mineração mínima é necessária em comparação com a mineração de metais para baterias. As paredes do reservatório são construídas escavando rocha do leito dos reservatórios. Aumentar o volume de armazenamento de energia custa pouco: retire mais pedras para tornar as paredes um pouco mais altas.

As necessidades de água para PHES são muito pequenas em comparação com baterias equivalentes (incluindo mineração e refino). Os requisitos de terra para PHES também são muito pequenos. O PHES de qualidade premium armazena 5-+100 GWh por km², em comparação com baterias de serviços públicos em torno de 15 GWh/km².

Os requisitos de terra e água para fornecer todo o armazenamento necessário para uma economia afluente e totalmente eletrificada e descarbonizada, que depende da energia solar e eólica, estão na faixa de 2 m² por pessoa e 2 litros por pessoa por dia, respectivamente.

O conteúdo econômico local para PHES é alto: construção de reservatórios, túneis, casas de força e transmissão. Em contraste, a maioria dos países importa baterias.

Quase todo mundo tem PHES ou pode encontrá-lo nas proximidades. A Europa tem um potencial ilimitado de PHES na Noruega, nos Alpes e no sul da Europa.

Estados secos dos EUA, como Texas e Novo México, têm ótimos locais para armazenar sua excelente energia solar e eólica durante a noite em um local de 15 GWh, ou por uma temporada em um local de 5000 GWh. A Califórnia, como todos os estados do oeste, tem um embaraço de locais excelentes, muito mais do que jamais precisaria. Os estados dos Apalaches no Alabama até o Canadá também são bem-dotados.

Sudeste e Leste da Ásia, América Central e do Sul, África e Oriente Médio têm um grande número de locais excelentes exatamente onde a maioria das pessoas vive. A Índia tem milhares de locais excelentes, não apenas no Himalaia, mas também no sul. A construção do PHES na Índia está decolando em conjunto com o rápido aumento da implantação de energia solar e eólica.

Mesmo a Austrália plana e árida tem muitos locais excelentes. A Austrália em breve terá 400 GWh de armazenamento PHES (15 kWh por pessoa), construídos a um custo de um centavo por pessoa por dia ao longo de sua vida útil de 150 anos. Isso equivale a 8.000 GWh na Europa ou 5.000 GWh nos EUA. A Austrália está se movendo rapidamente para aumentar o armazenamento e a transmissão porque tem a maior geração solar por pessoa.

E depois há a China, talvez o país mais bem-dotado do mundo, para igualar sua vasta escala de implantação solar e eólica. A China tem um pipeline de conclusão PHES de 16 GW por ano, juntamente com centenas de GWh de armazenamento de energia.

Sistemas de armazenamento de energia - Tipos e oportunidades

A energia solar acoplada ao PHES é ideal para fornecer energia 24 horas por dia, 7 dias por semana, para data centers. Por exemplo, um data center de 1 GW no Novo México pode ser alimentado por 5 GW de painéis solares voltados para SE e SW com alta inclinação (para o inverno). O armazenamento híbrido é fornecido por 2 GW de PHES de 25 horas (50 GWh) mais 1 GW de baterias de 4 horas (4 GWh, para coletar energia de pico por volta do meio-dia). O armazenamento PHES pode ser recarregado a partir da rede fora dos períodos de pico, e tanto o PHES quanto as baterias são remunerados por ajudar a estabilizar a rede durante os períodos de estresse.

Juntos, PHES e baterias são assassinos de gás. As baterias consomem os fluxos de receita de alto valor para serviços auxiliares e picos matinais e noturnos. A hidrelétrica bombeada absorve o excesso de energia solar e eólica a um custo baixo ou negativo e fornece energia quando os preços estão altos durante noites, semanas e estações úmidas e sem vento.

Dunkelflaute e energia solar excessiva no verão são problemas cada vez maiores. O PHES fornece uma excelente solução pronta para uso em combinação com baterias, conforme descrito em um artigo de revisão recente aqui.

Há muita atividade de implantação do PHES em lugares como China, Índia e Austrália. Por que não há muitos novos PHES acontecendo na Europa e nos Estados Unidos? Nant de Drance, na Suíça, foi concluída recentemente, mas tem apenas 5% do volume de armazenamento de energia em construção na Austrália, que tem apenas 5% da população da Europa!

Algumas pessoas têm a percepção errônea de que o PHES requer novas barragens nos rios, muita terra, muita água e alto custo – tudo isso está errado. Também parece haver uma paralisia parcial sobre a construção de novas transmissões para compartilhar energia solar, eólica e armazenamento entre regiões e estados.