Mais e mais fontes de energia renovável estão sendo conectadas às redes elétricas da Austrália. A Austrália do Sul, por exemplo, receberá 40% de sua eletricidade do vento e da energia solar uma vez Fazenda eólica de Snowtown está concluído no final deste ano.
Mas se a energia renovável for, em última análise, a dominar o mercado, precisaremos de maneiras de armazenar a energia para que possamos usá-la 24 horas por dia. A boa notícia é que é fácil armazenar energia. Tudo o que você precisa são dois reservatórios pequenos - um alto, um baixo - e uma maneira de bombear água entre eles.
Essa técnica, chamada “armazenamento de energia hidrelétrica bombeada off-river”, pode fornecer potencialmente o armazenamento de energia que a Austrália precisa para abraçar totalmente as energias renováveis. É barato também.
Como funciona a Hydro bombeada
Quando há excesso de eletricidade, a água é bombeada através de um cano ou túnel até o reservatório superior. A energia é recuperada mais tarde deixando a água fluir novamente, através de uma turbina que a converte de volta em eletricidade. Eficiências de 90% em cada direção são possíveis.
A energia hidráulica bombeada é, de longe, a forma mais utilizada de armazenamento de energia, representando 99% do total. Em todo o mundo, o armazenamento hidrelétrico bombeado pode fornecer cerca de gigawatts 150, principalmente integrados a usinas hidrelétricas em rios.
Em um sistema "off-river", a mesma água circula em um circuito fechado entre os reservatórios superior e inferior, eliminando a necessidade de a instalação ser construída em um rio. A quantidade de energia armazenada é proporcional à diferença de elevação entre os reservatórios superior e inferior (tipicamente entre 100 e 1000 m) e ao volume de água armazenado no reservatório superior.
Os sistemas de armazenamento de eletricidade precisam ser capazes de fornecer saída de energia instantânea por períodos de algumas horas. Isso cobre as flutuações de curto prazo nos produtos eólicos e solares, os aumentos na demanda do consumidor (como tardes de verão muito quentes) e interrupções não planejadas da infraestrutura de geração e transmissão. O uso de energia armazenada também ajuda a manter as linhas de energia das instalações eólica e solar em uso por mais tempo.
Das opções de armazenamento de eletricidade disponíveis, como baterias e volantes, a hidro-bomba é, de longe, a mais barata. Não tem perdas de espera enquanto a água espera no reservatório, e pode atingir a potência máxima em segundos 30.
Hora de sair do rio
Há poucas oportunidades para a Austrália desenvolver energia hidrelétrica no rio, devido a restrições ambientais e outras. Mas há grandes oportunidades para armazenamento de energia off-river a curto prazo. Um local típico incluiria um par de pequenos reservatórios conectados por um tubo através do qual a água seria ciclada diariamente, juntamente com uma bomba e turbina, casa de força e linhas de energia.
A Austrália tem milhares de excelentes locais potenciais em áreas montanhosas fora das reservas de conservação, com diferenças típicas de altitude de 750 m. Eles não precisam estar perto de uma fazenda eólica ou solar.
O armazenamento de eletricidade off-river tem várias vantagens sobre as instalações típicas do rio:
- Existem muito mais sites em potencial
- Podem ser selecionados sites que não colidam com valores ambientais e outros
- O reservatório superior pode ser colocado no topo de uma colina e não em um vale, permitindo que a diferença de elevação seja maximizada
- Nenhuma provisão precisa ser feita para inundações (normalmente um custo maior).
Um sistema compreendendo reservatórios gêmeos de 10, cada 30 m de profundidade, com uma diferença de elevação 750 m, pode fornecer cerca de megawatts 1,000 por cinco horas.
Entre 20 e 40 desses sistemas seria suficiente para estabilizar um sistema de eletricidade australiana renovável 100%.
Quanto custa isso?
Como os reservatórios são minúsculos (apenas alguns hectares) comparados com os típicos reservatórios, eles são um componente menor do custo. A maior parte do custo está nos componentes de energia (tubos, bombas, turbinas, transformadores e transmissão). Estimativas iniciais sugerem que o custo de um sistema off-river em um bom local é de cerca de A $ 1,000 por quilowatt de capacidade instalada.
Aqui está um estudo de caso hipotético. Uma instalação de energia solar 200 megawatt fornece um máximo de metade de sua potência para a rede em tempo real, e armazena o restante para a noite. Agora, em vez de chegar ao ponto mais ensolarado do dia, a saída de energia solar se estende de 8am a 10pm (dependendo da estação e da cobertura de nuvens), com uma potência máxima na rede e sendo a bomba cada um com 90 megawatts ). O reservatório pode ser recarregado durante a noite usando energia eólica para cobrir o pico de demanda matinal.
Suavizando os picos: como o armazenamento de energia pode fazer a energia solar durar até a noite.
Os custos independentes do sistema de energia solar e do sistema de armazenamento hídrico de curto prazo são A $ 2,000 e A $ 1,000 por kilowatt, respectivamente. Depois de contabilizar as perdas de armazenamento compensadas pela economia de compartilhamento dos custos de transformador e transmissão entre os dois sistemas, e o fato de que o armazenamento hidrelétrico equivale à metade do sistema fotovoltaico, isso coloca o custo total do sistema em cerca de A $ 2500 por quilowatt .
Em outras palavras, o uso de armazenamento hidrelétrico bombeado para suavizar os picos na produção de uma estação de energia solar apenas adiciona um custo adicional de 25%. Isso é muito mais barato do que usar baterias.
Localização, localização, localização
Passe algum tempo com um mapa ou com o Google Earth e você poderá detectar dezenas de excelentes locais em potencial, em terras montanhosas ou ao longo de rotas elétricas existentes. A Austrália tem milhares de locais candidatos nas partes mais habitadas do país.
Por exemplo, a Tumut 3 A usina hidrelétrica tem a maior capacidade de armazenamento de hidrogênio da Austrália (1500 megawatts), uma diferença de elevação de 151 m e um lago substancial que deve lidar com grandes inundações. Mas um pequeno sistema off-river poderia ser construído nas proximidades, incluindo reservatórios gêmeos de 13 com uma diferença de altitude de 700 m, conectados por um tubo 5 km atravessando uma rota powerline. Esse sistema armazenaria água suficiente para fornecer megawatts 1,500 por três horas e custaria muito menos.
Um tubo de 5 km entre dois lagos de armazenamento hidrelétrico bombeado (pontos azuis) poderia melhorar a produção da central elétrica Tumut 3 da Snowy Hydro, a um custo relativamente modesto (imagem do Google Earth)
Sobre o autor
Andrew Blakers é diretor do Centro de Sistemas de Energia Sustentável e do Centro ARC de Sistemas de Energia Solar da Universidade Nacional da Austrália. Seus interesses de pesquisa estão na área de sistemas de energia solar.
Este artigo foi co-escrito por Roger Fulton da Jacobs / SKM, que trabalha na indústria hidrelétrica desde a 1975 como engenheiro e gerente de projetos.
