Às vezes dois é melhor que um. O acoplamento de tecnologias de energia solar e armazenamento é um desses casos. A razão: a energia solar nem sempre é produzida no momento em que a energia é mais necessária. Uso de energia de pico ocorre frequentemente em tardes e noites de verão quando a geração de energia solar está caindo. As temperaturas podem ser mais altas durante esses períodos, e as pessoas que trabalham durante o dia chegam em casa e começam a usar eletricidade para resfriar suas casas, cozinhar e ligar os eletrodomésticos.
O armazenamento ajuda a energia solar a contribuir para o fornecimento de eletricidade, mesmo quando o sol não está brilhando. Também pode ajudar a suavizar as variações na forma como a energia solar flui na rede. Essas variações são atribuíveis a mudanças na quantidade de luz solar que incide sobre fotovoltaico (PV) painéis ou concentrando energia solar-térmica (CSP) sistemas. A produção de energia solar pode ser afetada pela estação, hora do dia, nuvens, poeira, neblina ou obstruções como sombras, chuva, neve e sujeira. Às vezes, o armazenamento de energia é co-localizado ou colocado próximo a um sistema de energia solar e, às vezes, o sistema de armazenamento é independente, mas em qualquer configuração, pode ajudar a integrar a energia solar de forma mais eficaz no cenário energético.
O que é armazenamento de energia?
“Armazenamento” refere-se a tecnologias que podem capturar eletricidade, armazená-la como outra forma de energia (química, térmica, mecânica) e depois liberá-la para uso quando for necessário. Baterias de íon de lítio são uma dessas tecnologias. Embora a utilização do armazenamento de energia nunca seja 100% eficiente – alguma energia é sempre perdida na conversão e recuperação da energia – o armazenamento permite a utilização flexível da energia em momentos diferentes do momento em que foi gerada. Assim, o armazenamento pode aumentar a eficiência e a resiliência do sistema e pode melhorar a qualidade da energia ao combinar a oferta e a procura.
As instalações de armazenamento diferem tanto na capacidade energética, que é a quantidade total de energia que pode ser armazenada (geralmente em quilowatts-hora ou megawatts-hora), quanto na capacidade energética, que é a quantidade de energia que pode ser liberada em um determinado momento ( geralmente em quilowatts ou megawatts). Diferentes capacidades de armazenamento de energia e potência podem ser usadas para gerenciar diferentes tarefas. O armazenamento de curto prazo, que dura apenas alguns minutos, garantirá que uma usina solar opere suavemente durante flutuações de produção devido à passagem de nuvens, enquanto o armazenamento de longo prazo pode ajudar a fornecer fornecimento durante dias ou semanas, quando a produção de energia solar é baixa ou durante um grande evento climático. , por exemplo.
Vantagens de combinar armazenamento e energia solar
Equilibrar as cargas eléctricas – Sem armazenamento, a electricidade deve ser gerada e consumida ao mesmo tempo, o que pode significar que os operadores da rede coloquem parte da produção offline, ou “reduzam-na”, para evitar problemas de produção excessiva e de fiabilidade da rede. Por outro lado, pode haver outros momentos, após o pôr do sol ou em dias nublados, em que há pouca produção solar, mas muita procura de energia. Entra em cena o armazenamento, que pode ser abastecido ou carregado quando a geração é alta e o consumo de energia é baixo, e então dispensado quando a carga ou demanda é alta. Quando parte da eletricidade produzida pelo sol é armazenada, essa eletricidade pode ser usada sempre que os operadores da rede precisarem dela, inclusive após o pôr do sol. Desta forma, o armazenamento funciona como uma apólice de seguro contra a luz solar.
“Confirmando” a geração solar – O armazenamento de curto prazo pode garantir que mudanças rápidas na geração não afetem muito a produção de uma usina de energia solar. Por exemplo, uma pequena bateria pode ser usada para superar uma breve interrupção de geração causada por uma nuvem passageira, ajudando a rede a manter um fornecimento elétrico “firme” que seja confiável e consistente.
Fornecendo resiliência – A energia solar e o armazenamento podem fornecer energia de reserva durante uma interrupção elétrica. Eles podem manter instalações críticas em funcionamento para garantir serviços essenciais contínuos, como comunicações. A energia solar e o armazenamento também podem ser usados para microrredes e aplicações de menor escala, como unidades de energia móveis ou portáteis.
Tipos de armazenamento de energia
O tipo mais comum de armazenamento de energia na rede elétrica é a energia hidrelétrica bombeada. Mas as tecnologias de armazenamento mais frequentemente associadas às centrais de energia solar são o armazenamento eletroquímico (baterias) com centrais fotovoltaicas e o armazenamento térmico (fluidos) com centrais CSP. Outros tipos de armazenamento, como armazenamento de ar comprimido e volantes, podem ter características diferentes, como descarga muito rápida ou capacidade muito grande, que os tornam atrativos para os operadores da rede. Mais informações sobre outros tipos de armazenamento estão abaixo.
Energia hidrelétrica de armazenamento bombeado
Energia hidrelétrica de armazenamento bombeado é uma tecnologia de armazenamento de energia baseada em água. A energia elétrica é usada para bombear água morro acima para um reservatório quando a demanda de energia é baixa. Mais tarde, a água pode fluir de volta colina abaixo e girar uma turbina para gerar eletricidade quando a demanda for alta. A hidrelétrica bombeada é uma tecnologia de armazenamento bem testada e madura que tem sido usada nos Estados Unidos desde 1929. No entanto, requer paisagens e reservatórios adequados, que podem ser lagos naturais ou artificiais através da construção de barragens, exigindo licenças regulatórias demoradas, longos tempos de implementação e grande capital inicial. Para além da arbitragem energética, o valor dos serviços hidroeléctricos bombeados para integrar energias renováveis variáveis não é totalmente realizado, o que pode tornar longo o período de retorno financeiro. Estas são algumas das razões pelas quais as centrais hidroeléctricas bombeadas não foram construídas recentemente, embora o interesse seja evidente a partir dos pedidos à Comissão Federal Reguladora de Energia para autorizações e licenças preliminares.
Armazenamento Eletroquímico
Muitos de nós estamos familiarizados com baterias eletroquímicas, como as encontradas em laptops e telefones celulares. Quando a eletricidade é alimentada em uma bateria, ela causa uma reação química e a energia é armazenada. Quando uma bateria é descarregada, essa reação química é revertida, o que cria tensão entre dois contatos elétricos, fazendo com que a corrente flua para fora da bateria. A química mais comum para células de bateria é o íon de lítio, mas outras opções comuns incluem baterias à base de chumbo-ácido, sódio e níquel.
Armazenamento de energia térmica
O armazenamento de energia térmica é uma família de tecnologias em que um fluido, como água ou sal fundido, ou outro material, é usado para armazenar calor. Este material de armazenamento térmico é então armazenado em um tanque isolado até que a energia seja necessária. A energia pode ser usada diretamente para aquecimento e resfriamento ou para gerar eletricidade. Nos sistemas de armazenamento de energia térmica destinados à eletricidade, o calor é utilizado para ferver água. O vapor resultante aciona uma turbina e produz energia elétrica usando o mesmo equipamento usado em estações geradoras de eletricidade convencionais. O armazenamento de energia térmica é útil em plantas CSP, que concentram a luz solar em um receptor para aquecer um fluido de trabalho. O dióxido de carbono supercrítico está sendo explorado como um fluido de trabalho que poderia aproveitar as temperaturas mais altas e reduzir o tamanho das usinas geradoras.
Armazenamento do volante
Um volante é uma roda pesada presa a um eixo giratório. Gastar energia pode fazer a roda girar mais rápido. Essa energia pode ser extraída conectando a roda a um gerador elétrico, que usa eletromagnetismo para desacelerar a roda e produzir eletricidade. Embora os volantes possam fornecer energia rapidamente, eles não podem armazenar muita energia.
Armazenamento de ar comprimido
Os sistemas de armazenamento de ar comprimido consistem em grandes recipientes, como tanques, ou formações naturais, como cavernas. Um sistema de compressor bombeia os vasos cheios de ar pressurizado. Então o ar pode ser liberado e usado para acionar uma turbina que produz eletricidade. Os sistemas existentes de armazenamento de energia de ar comprimido geralmente usam o ar liberado como parte de um ciclo de energia a gás natural para produzir eletricidade.
Combustíveis Solares
A energia solar pode ser usada para criar novos combustíveis que podem ser queimados (queimados) ou consumidos para fornecer energia, armazenando efetivamente a energia solar nas ligações químicas. Entre os possíveis combustíveis que os investigadores estão a examinar estão o hidrogénio, produzido pela separação do oxigénio na água, e o metano, produzido pela combinação de hidrogénio e dióxido de carbono. O metano é o principal componente do gás natural, comumente usado para produzir eletricidade ou aquecer residências.
Armazenamento Virtual
A energia também pode ser armazenada alterando a forma como usamos os dispositivos que já possuímos. Por exemplo, ao aquecer ou arrefecer um edifício antes de um pico previsto de procura eléctrica, o edifício pode “armazenar” essa energia térmica para que não precise de consumir electricidade no final do dia. O próprio edifício funciona como uma garrafa térmica, armazenando ar frio ou quente. Um processo semelhante pode ser aplicado a aquecedores de água para distribuir a demanda ao longo do dia.
Em última análise, os clientes residenciais e comerciais de energia solar, bem como as empresas de serviços públicos e os operadores solares de grande escala, podem beneficiar sistemas solares mais armazenamento. À medida que a investigação prossegue e os custos da energia solar e do armazenamento diminuem, as soluções solares e de armazenamento tornar-se-ão mais acessíveis a todos os americanos.
