Como o calor pode ser usado para armazenar energia renovável

Como o calor pode ser usado para armazenar energia renovável Como podemos armazenar energia de fontes renováveis ​​intermitentes? Benny (estou vazio) / Flickr, CC BY

O efeito que os combustíveis fósseis estão exercendo sobre emergência climática está impulsionando um esforço internacional para usar fontes de energia com baixo carbono. No momento, as melhores opções para produzir energia de baixo carbono em larga escala são a energia eólica e solar. Mas, apesar das melhorias nos últimos anos nos dois países, atuação e custo, permanece um problema significativo: o vento nem sempre sopra e o sol nem sempre brilha. Uma rede elétrica que depende dessas fontes flutuantes luta para corresponder constantemente oferta e procurae energia renovável às vezes vai para o lixo porque não é produzido quando necessário.

Uma das principais soluções para esse problema é em larga escala tecnologias de armazenamento de eletricidade. Eles funcionam acumulando eletricidade quando a oferta excede a demanda e liberando-a quando o oposto acontece. No entanto, um problema com esse método é que ele envolve enormes quantidades de eletricidade.

As tecnologias de armazenamento existentes, como as baterias, não seriam boas para esse tipo de processo, devido à sua alto custo por unidade de energia. Atualmente, sobre% 99 armazenamento de eletricidade em larga escala é tratado por hidrelétricas bombeadas, que movem a água entre dois reservatórios através de uma bomba ou turbina para armazenar ou produzir energia. No entanto, existem limites para quanto mais hidrelétricas bombeadas podem ser construídas devido a seus requisitos geográficos.

Uma opção promissora de armazenamento é o armazenamento térmico de eletricidade por bombeamento. Essa tecnologia relativamente nova já existe há cerca de dez anos, e atualmente está sendo testado em plantas piloto.

Como o calor pode ser usado para armazenar energia renovável A conversão de eletricidade em calor ocorre no circuito central, armazenado em tanques quentes e frios. Pau Farres Antunes, Autor fornecida

O armazenamento de eletricidade térmica bombeada funciona transformando eletricidade em calor usando uma bomba de calor em larga escala. Esse calor é então armazenado em um material quente, como água ou cascalho, dentro de um tanque isolado. Quando necessário, o calor é transformado novamente em eletricidade usando um motor térmico. Essas conversões de energia são feitas com ciclos termodinâmicos, os mesmos princípios físicos usados ​​para acionar geladeiras, motores de carros ou usinas termelétricas.

Tecnologia conhecida

O armazenamento de eletricidade térmica bombeada tem muitas vantagens. Os processos de conversão dependem principalmente da tecnologia e componentes convencionais (como trocadores de calor, compressores, turbinase geradores elétricos) que já são amplamente utilizados nas indústrias de energia e processamento. Isso reduzirá o tempo necessário para projetar e construir o armazenamento térmico de eletricidade bombeado, mesmo em larga escala.

Os tanques de armazenamento podem ser preenchidos com materiais abundantes e baratos, como cascalho, sais fundidos ou água. E, ao contrário das baterias, esses materiais não representam ameaça ao meio ambiente. Grandes tanques de sal derretido têm sido usados ​​com sucesso por muitos anos em usinas de energia solar concentrada, que é uma tecnologia de energia renovável que tem visto rápido crescimento durante a última década. A energia solar concentrada e o armazenamento de eletricidade térmica bombeada compartilham muitas semelhanças, mas enquanto as usinas de energia solar concentradas produzem energia armazenando a luz solar como calor (e depois convertendo-a em eletricidade), as usinas de armazenamento de eletricidade térmica bombeada armazenam eletricidade que pode vir de qualquer fonte - solar, energia eólica ou mesmo nuclear, entre outros.

Como o calor pode ser usado para armazenar energia renovável Uma usina de energia solar concentrada. Laboratório Nacional de Energia Renovável, CC BY-NC-ND

Fácil de implantar e compacto

As usinas de armazenamento de eletricidade térmica bombeada podem ser instaladas em qualquer lugar, independentemente da geografia. Eles também podem ser facilmente redimensionados para atender às necessidades de armazenamento da rede. Outras formas de armazenamento de energia a granel são limitadas pelo local em que podem ser instaladas. Por exemplo, o armazenamento hidrelétrico bombeado requer montanhas e vales onde podem ser construídos reservatórios de água substanciais. Armazenamento de energia por ar comprimido depende de grandes cavernas subterrâneas.

O armazenamento de eletricidade térmica bombeada tem um maior densidade de energia do que hidrelétricas bombeadas (pode armazenar mais energia em um determinado volume). Por exemplo, dez vezes mais eletricidade pode ser recuperada a partir de 1 kg de água armazenada a 100 ° C, em comparação com 1 kg de água armazenada a uma altura de 500 metros em uma usina hidrelétrica bombeada. Isso significa que menos espaço é necessário para uma determinada quantidade de energia armazenada, portanto a pegada ambiental da planta é menor.

Como o calor pode ser usado para armazenar energia renovável Tanques de sal fundido para armazenamento de energia térmica em uma usina de energia solar concentrada. Abengoa

Vida longa

Os componentes do armazenamento de eletricidade térmica bombeada geralmente duram décadas. As baterias, por outro lado, degradam-se com o tempo e precisam ser substituídas a cada poucos anos - a maioria das baterias de carros elétricos normalmente é garantida apenas por cerca de cinco a oito anos.

No entanto, embora haja muitas coisas que tornam o armazenamento de eletricidade térmica bombeado adequado para o armazenamento em larga escala de energia renovável, ele tem suas desvantagens. Possivelmente, a maior desvantagem é sua eficiência relativamente modesta - ou seja, quanta eletricidade é retornada durante a descarga, em comparação com a quantidade aplicada durante a carga. A maioria dos sistemas de armazenamento de eletricidade térmica bombeados visa 50-70% de eficiência, comparado com 80-90% para baterias de íon de lítio or 70-85% para armazenamento hidrelétrico bombeado.

Mas o que mais importa é o custo: quanto menor, mais rápido a sociedade pode avançar em direção a um futuro com baixo carbono. O armazenamento de eletricidade térmica bombeada é esperado para ser competitivo com outras tecnologias de armazenamento - embora isso não seja conhecido até que a tecnologia amadureça e seja totalmente comercializada. Tal como está, vários organizações associadas. já tem trabalhar, protótipos do mundo real. Quanto mais cedo testarmos e começarmos a implantar o armazenamento de eletricidade térmica bombeada, mais cedo poderemos usá-lo para ajudar na transição para um sistema de energia de baixo carbono.A Conversação

Sobre o autor

Antoine Koen, PhD candidato em armazenamento de energia térmica bombeada, Universidade de Cambridge e Pau Farres Antunez, pesquisador de pós-doutorado em Armazenamento de Energia, Universidade de Cambridge

Este artigo foi republicado a partir de A Conversação sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.

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