{"id":1200,"date":"2016-07-05T15:58:18","date_gmt":"2016-07-05T18:58:18","guid":{"rendered":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/energiaeambiente\/?p=1200"},"modified":"2016-07-05T15:58:19","modified_gmt":"2016-07-05T18:58:19","slug":"armazenagem","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/energiaeambiente\/2016\/07\/05\/armazenagem\/","title":{"rendered":"Planejamento e armazenagem de energia"},"content":{"rendered":"

Uma das maneiras que tenho\u00a0para apresentar o sistema energ\u00e9tico nas minhas\u00a0aulas \u00e9 separar as tecnologias de energia em grandes grupos: as tecnologias de oferta<\/em>, as de demanda<\/em> ou uso final<\/em> e um grupo mais complicado que chamo de tecnologias de interface<\/em>.\u00a0Planejamento energ\u00e9tico \u00e9 fundamentalmente planejar sistemas de convers\u00e3o entre formas de energia. Esse agrupamento\u00a0me\u00a0ajuda tamb\u00e9m nos exerc\u00edcios de prospec\u00e7\u00e3o futura de necessidades \u00a0de demanda e oferta de energia.<\/p>\n

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\"PIR\"<\/a><\/p>\n

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Costumo iniciar o curso sobre Planejamento Integrado de Recursos<\/a> com o diagrama abaixo. Convencionalmente o que se pratica \u00e9 um tipo de planejamento que privilegia os investimentos na expans\u00e3o do sistema de oferta de energia. Damos muita aten\u00e7\u00e3o \u00e0s tecnologias de oferta\u00a0<\/em> e \u00e0s fontes de energia (petr\u00f3leo, g\u00e1s natural, hidro-eletricidade, etc).\u00a0Novas refinarias, novas usinas el\u00e9tricas, investimentos em se ampliar a oferta de combust\u00edveis e eletricidade \u00e9 o que tem guiado de maneira predominante as pol\u00edticas de energia em muitos pa\u00edses, e em particular no Brasil. O planejamento que se pratica ainda no Brasil privilegia as tecnologias de oferta.<\/p>\n

Quero escrever um pouco sobre um elenco de tecnologias est\u00e1 avan\u00e7ando bastante rapidamente para se tornarem comercialmente vi\u00e1veis em pouco tempo. S\u00e3o aquelas destinadas a armazenar energia el\u00e9trica. O desenvolvimento de inova\u00e7\u00f5es nunca \u00e9 um fato isolado. Pesquisas com novos materiais, avan\u00e7os na eletr\u00f4nica, juntamente com sistemas de controle e automa\u00e7\u00e3o e a integra\u00e7\u00e3o desses avan\u00e7os com sistemas e\u00f3licos e solares, principalmente concorrem para que novos sistemas de armazenagem de energia se tornem vi\u00e1veis do ponto de vista t\u00e9cnico (mais eficientes principalmente) e do ponto de vista econ\u00f4mico. A dimens\u00e3o e o interesse do mercado de eletricidade e de transportes (ve\u00edculos el\u00e9tricos) juntamente com pol\u00edticas de metas de redu\u00e7\u00e3o de emiss\u00f5es s\u00e3o outros fatores relevantes para explicar a tend\u00eancia favor\u00e1vel de progresso dessas tecnologias.<\/p>\n

H\u00e1 uma ampla gama de op\u00e7\u00f5es de tecnologias de armazenamento de energia em uso e em desenvolvimento. N\u00e3o existe uma tecnologia que desempenhe sozinha todas as fun\u00e7\u00f5es do armazenamento de energia, e a escolha daquela mais apropriada a uma aplica\u00e7\u00e3o espec\u00edfica pauta-se por crit\u00e9rios t\u00e9cnicos e econ\u00f4micos, como capacidade de armazenamento e custos de capital, opera\u00e7\u00e3o e manuten\u00e7\u00e3o.<\/p>\n

J\u00e1 escrevi aqui<\/a> sobre o sistema brasileiro que j\u00e1 possui um interessante sistema de armazenagem de energia que tem sido muito importante para a seguran\u00e7a de fornecimento de um sistema baseado em hidro-eletricidade: os reservat\u00f3rios de \u00e1gua. Al\u00e9m desse tipo de armazenagem teremos que investir e desenvolver outros m\u00e9todos, uma vez que temos tido grandes limita\u00e7\u00f5es para incorporar novos reservat\u00f3rios junto ao nosso sistema e isso o tem tornado mais vulner\u00e1vel \u00e0s mudan\u00e7as clim\u00e1ticas e \u00e0 expans\u00e3o do consumo.<\/p>\n

Um de meus alunos (Luan M dos Santos<\/a>)\u00a0fez um levantamento na literatura sobre o est\u00e1gio de diversos sistemas de armazenagem de eletricidade e seus custos.O gr\u00e1fico abaixo apresenta, em ordem crescente de est\u00e1gio de desenvolvimento, as faixas de custo de capital (em US$\/kWh) de algumas das tecnologias que se destacam ora por suas peculiaridades t\u00e9cnicas, ora pelas suas perspectivas de progresso e difus\u00e3o. Essas informa\u00e7\u00f5es est\u00e3o apresentadas logo a seguir.<\/p>\n

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As tecnologias de armazenamento bombeado (PHS)<\/a> e a ar comprimido (CAES)<\/a> compartilham v\u00e1rias caracter\u00edsticas, como custos de capital relativamente baixos e as mais altas capacidades de armazenamento em rela\u00e7\u00e3o \u00e0s demais rotas tecnol\u00f3gicas, podendo armazenar energia por per\u00edodos prolongados. Dependem, contudo, de condi\u00e7\u00f5es geologicamente favor\u00e1veis para sua instala\u00e7\u00e3o. O armazenamento bombeado \u00e9 uma tecnologia bastante madura, mas \u00e9 precipitado afirmar o mesmo sobre CAES \u2013 sua modalidade tradicional encontra-se em plenas condi\u00e7\u00f5es de comercializa\u00e7\u00e3o, mas melhorias est\u00e3o sendo concebidas e testadas, como armazenagem de energia a ar comprimido em pequena escala<\/a> e sistemas de armazenamento em ar comprimido isot\u00e9rmicos<\/a> e adiab\u00e1ticos<\/a>.\r\n\r\nBaterias de s\u00f3dio-enxofre (NaS)<\/a> e de l\u00edtio-\u00edon (Li-\u00edon)<\/a> est\u00e3o entre as mais promissoras tecnologias de armazenamento eletroqu\u00edmico. As baterias NaS s\u00e3o notavelmente atrativas para a integra\u00e7\u00e3o de fontes renov\u00e1veis intermitentes de energia, devido \u00e0 sua longa vida \u00fatil em ciclos e \u00e0s suas altas densidades de energia armazen\u00e1vel e de pot\u00eancia. Mais de 99% da massa dessas baterias \u00e9 recicl\u00e1vel, e figuram como a mais econ\u00f4mica op\u00e7\u00e3o de armazenamento em baterias. J\u00e1 as de Li-\u00edon s\u00e3o atualmente as que mais atraem aten\u00e7\u00e3o no \u00e2mbito do armazenamento de energia integrado \u00e0 oferta energ\u00e9tica, sendo o tipo de bateria mais eficiente do ponto de vista el\u00e9trico, devido \u00e0 baixa resist\u00eancia interna de suas c\u00e9lulas. Baterias Li-\u00edon, por\u00e9m, s\u00e3o tecnologias ainda caras para aplica\u00e7\u00f5es de larga escala no setor de suprimento energ\u00e9tico. Aquelas baseadas em cobalto enfrentam o problema de relativa escassez de mat\u00e9ria prima, enquanto as baseadas em fosfato, ainda em est\u00e1gio de desenvolvimento, s\u00e3o mais eficientes e de menor custo, apresentando tamb\u00e9m estas alta densidade energ\u00e9tica e alta pot\u00eancia.\r\n\r\nCapacitores podem ser carregados a velocidades substancialmente maiores que baterias, mas sua baixa densidade energ\u00e9tica e sua faixa de pot\u00eancia de opera\u00e7\u00e3o (da ordem de alguns quilowatts) os tornam adequados para servi\u00e7os de qualidade da energia, e podem ser utilizados para maximizar a vida \u00fatil de baterias. Os supercapacitores<\/a>, por sua vez, representam um grande avan\u00e7o na tecnologia de armazenamento capacitivo, trazendo consigo capacit\u00e2ncias e densidades energ\u00e9ticas muito maiores que as de capacitores convencionais. A inser\u00e7\u00e3o de supercapacitores em sistemas de pot\u00eancia que integram energias renov\u00e1veis intermitentes traz diversos benef\u00edcios<\/a>, oferecendo servi\u00e7os de estabiliza\u00e7\u00e3o de energia em redes el\u00e9tricas e em usinas e\u00f3licas e fotovoltaicas. No mesmo ramo de atua\u00e7\u00e3o dos supercapacitores encontram-se os volantes de in\u00e9rcia<\/a>, relativamente recentes no com\u00e9rcio e com custos de capital variando amplamente. Sua grande vantagem em rela\u00e7\u00e3o a baterias \u00e9 a sua longa vida \u00fatil, capaz de promover centenas de milhares de ciclos de carga e descarga completos. Volantes de in\u00e9rcia s\u00e3o altamente eficientes, e encontram aplica\u00e7\u00f5es mormente em processos de regula\u00e7\u00e3o da qualidade da energia e fornecimento de pot\u00eancia em casos de interrup\u00e7\u00f5es de poucos segundos, ou mesmo agindo como ponte durante a mudan\u00e7a de uma fonte de energia a outra. A evolu\u00e7\u00e3o do desempenho de supercapacitores e de volantes de in\u00e9rcia \u00e9 altamente dependente de inova\u00e7\u00f5es em ci\u00eancia e engenharia de materiais. Interessantes exemplos, nesse sentido, s\u00e3o o supercapacitor composto de sil\u00edcio<\/a> e o volante de in\u00e9rcia baseado em fibras de carbono<\/a>.\r\n\r\nNo caso espec\u00edfico do armazenamento t\u00e9rmico (TES), verifica-se um vasto espectro de tecnologias, com desenvolvimento territorialmente e temporalmente fragmentado, o que dificulta a compila\u00e7\u00e3o de informa\u00e7\u00f5es sobre seus custos e par\u00e2metros de desempenho t\u00e9cnico, bem como investimentos de longo prazo. Dentre as tecnologias t\u00e9rmicas, destacam-se, no \u00e2mbito da oferta de energia, aquelas de armazenamento a alta temperatura (HT-TES), cujo custo de capital pode variar de 200 a 300 US$\/kW. O desenvolvimento de usinas solares t\u00e9rmicas com armazenamento de energia<\/a> a alta temperatura para gera\u00e7\u00e3o cont\u00ednua de eletricidade pode oferecer uma nova alternativa para oferta de energia em carga de base<\/a>.<\/pre>\n
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\"Storage-resumo<\/a>
Varia\u00e7\u00e3o de custos (US$\/kWh) de algumas tecnologias de armazenamento de energia<\/figcaption><\/figure>\n
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\u00a0Refer\u00eancias<\/h5>\n
[1] Chen, H. et al. Progress in electrical energy storage system: A critical review<\/em>. Progress in Natural Science, v. 19, pp. 291-312, 2009.<\/p>\n
[2] Rastler, D. Electricity energy storage technology options: a white paper primer on applications, costs, and options<\/em>. Electric Power Research Institute (EPRI), 2010.<\/p>\n
[3] Taylor, P. et al. Pathways for energy storage in the UK<\/em>. Centre for low carbon futures, 2012. Dispon\u00edvel em:<\/p>\n
<http:\/\/www.lowcarbonfutures.org\/sites\/default\/files\/Pathways%20for%20Energy%20Storage%20in%20the%20UK.pdf>. Acesso em 01 abr. 2016.<\/p>\n
[4] Rastler, D. Overview of energy storage options for the electric enterprise<\/em>. Electric Power Research Institute (EPRI). 2009. Dispon\u00edvel em:<\/p>\n
<http:\/\/www.energy.ca.gov\/2009_energypolicy\/documents\/2009-04-02_workshop\/presentations\/0_3%20EPRI%20-%20Energy%20Storage%20Overview%20-%20Dan%20Rastler.pdf<\/a>>.\u00a0Acesso em 01\/04\/2016.<\/p>\n
[5] Evans, A; Strezov, V; Evans, T. J. Assessment of utility energy storage options for increased renewable energy penetration<\/em>. Renewable & Sustainable Energy Reviews, v.16, pp. 4141-4147, 2012.<\/p>\n
[6] Shoenung, S. M. Characteristics and technologies for long- vs. short-term energy storage: a study by the DOE energy storage systems program<\/em>. SAND2001-0765. Sandia National Laboratories. United States Department of Energy, 2001.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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