Armazenamento de Energia Elétrica (AEE)

Introdução

Armazenamento de Energia Elétrica (AEE) refere-se ao processo de converter energia elétrica de uma rede de energia para uma forma que pode ser armazenada para, posteriormente, ser convertida novamente em energia elétrica. Esse processo permite que o excedente de energia produzido em momentos de pouca demanda seja armazenado para uso em momentos de alta demanda de energia, aumentando a eficiência do fornecimento de energia. O armazenamento de energia é utilizado em várias aplicações, como aparelhos portáteis, veículos e algumas fontes estacionárias de energia.

A origem do armazenamento de energia data do começo do séc. XX, quando as estações de força eram desligadas durante a noite e o suprimento de energia nesse horário era feito por meio de baterias abastecidas durante o dia. Isso chamou a atenção de várias companhias de energia, que começaram a implantar tais sistemas em suas redes. A  primeira central de armazenamento do mundo foi ativada em 1929 e, até 2006, haviam 200 centrais ativadas por todo o mundo. Questões ambientais e restrições regulamentais tem impedido um uso em escala maior desse sistema de armazenamento, porém a demanda atual por mais eficiência no fornecimento de energia tem reanimado o desenvolvimento desse processo .

2 – Imperatividade e aplicações

2.1 – Imperatividade

        Os sistemas de armazenamento de energia são uma necessidade urgente para a indústria de geração de energia. As usinas e estações de energia convencionais possuem pouca ou nenhuma instalação de armazenamento. A energia é simplesmente transmitida diretamente das usinas para o consumidor final, o que faz com a energia elétrica só possa ser usada no exato momento em que é produzida. Contudo, a demanda por energia varia consideravelmente de um momento para outro, e os picos de demanda só ocorrem em pequenos intervalos durante o dia. Isso leva à construção de usinas excessivamente caras e ineficientes  para atender esses pequenos picos de demanda. Com o sistema de armazenamento de energia, seria possível atender tais demandas com um contingente menor de usinas, que cobririam apenas demanda média de energia, enquanto o sistema de armazenamento, abastecido durante o período de baixo uso, cobriria os períodos de pico de demanda. Isso é de fundamental importância para fontes de energia alternativas, como a solar e a eólica, por permitir o aproveitamento máximo da energia produzida nas mesmas.

2.2 – Aplicação

        A grade tradicional do fornecimento de energia elétrica consiste em cinco elementos: fonte primária de energia, geração, transmissão, distribuição e consumo final. O armazenamento de energia elétrica, ao fornecer energia quando e onde fosse necessário, entraria como um elemento que integraria os outros elementos, gerando um sistema mais responsivo à demanda. Em decorrência disso, as aplicações do armazenamento de energia, além de numerosas, cobrem toda a grade de fornecimento de energia elétrica; algumas delas estão listadas abaixo:

• Geração: o sistema pode armazenar energia gerada durante períodos de pouca demanda (como à noite) para uso durante horários de pico; como fonte-reserva em caso de queda de energia; como regulador de frequência para controle de picos de energia;

• Transmissão/distribuição: os sistemas podem ajudar a manter todos os equipamentos da linha de transmissão sincronizados, evitando possíveis colapsos de sistema; a regular a tensão da linha, mantendo-a estável; e suplementa as linhas de transmissão existentes, dispensando gastos com novas linhas.

• Consumidor final: o sistema permite a entrega de energia ao consumidor final sem inconvenientes como oscilações ou quedas; também permite que os consumidores tenham energia mesmo com quedas de energia (apagões);

• Energia renovável: o sistema permite contornar um dos principais problemas de várias fontes de energia alternativa renovável: a inconstância do fornecimento de energia. Ele não só aperfeiçoa o aproveitamento da energia obtida, como também ajuda a manter um fluxo constante de energia em momentos de variação brusca na geração de energia.

Os sistemas de armazenamento de energia são classificados com base em dois critérios: função e formato. Em termos de função, um sistema pode ser projetado ou para aprimorar a qualidade da energia fornecida, ou para administrar o fornecimento da mesma, visando aperfeiçoar o processo. Já o formato (ou tecnologia) do sistema de armazenamento pode ser de diversos tipos, como:

• Elétrica: armazenamento via capacitores;
• Mecânica: armazenamento via energia cinética ou potencial;
• Química: armazenamento via processos eletroquímicos (baterias) ou processo químicos (células de combustível);
• Térmica: armazenamento via baixa temperatura (criogenia) ou alta temperatura (vapor d’água);

5. Avaliação e comparação das tecnologias de armazenamento existentes

        As tecnologias aplicadas nos sistemas de armazenamento de energia elétrica são classificadas em três categorias, conforme seu nível de maturação:

• Maduras:  Já estão em uso há décadas e estão bem desenvolvidas (PHS, baterias de ácido);

• Desenvolvidas: Já foram bastante desenvolvidas, porém algumas de suas aplicações ainda estão sendo testadas e sua  competitividade ainda não é forte o bastante (CAES, NiCd, Li-ion, capacitores);

• Em desenvolvimento: ainda não estão prontas para uso comercial em larga escala, sendo ainda desenvolvidas e estudadas; porém, apresentam potencial para despontarem no ramo (células a combustível);

Classificação de força

        A classificação dos vários sistemas de armazenamento geralmente cai em três tipos:

• Gerenciamento de energia: são adequadas para instalações acima de 100 MW, nas quais são usadas para administrar e regular o fornecimento da instalação, podendo suprir as necessidades da mesma por horas ou dias em casos de emergência;

• Qualidade de energia: possuem resposta rápida (na ordem de milissegundos), sendo usadas para minimizar quedas de energia, oscilações ou picos. Contudo, só são usadas para instalações abaixo de 1 MW;

• Nivelamento de energia: possuem resposta relativamente rápida (perto de um segundo) e conseguem suprir a instalação por longos períodos, mas são mais adequadas para nivelar o fornecimento de energia.

Custo

        O custo é um dos principais fatores para o despontar dos sistemas de armazenamento de energia. Apesar do custo de alguns sistemas por kW seja pequeno, ele ainda deixa a desejar perto do custo do fornecimento direto de energia. Fatores como manutenção, compra e montagem de equipamentos específicos contribuem consideravelmente para o aumento do custo desses sistemas. Além disso, o fato de várias tecnologias de armazenamento ainda estarem em desenvolvimento as torna onerosas demais para uso em larga escala, restringindo as opções de sistemas de armazenamento.

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