1. Visão geral
A tecnologia de armazenamento de energia pode ser amplamente categorizada em armazenamento físico e armazenamento químico. O armazenamento físico inclui tecnologias como armazenamento hidrelétrico por bombeamento, ar comprimido, armazenamento por volante de inércia, armazenamento por gravidade e armazenamento por mudança de fase. O armazenamento químico inclui baterias de íon-lítio, baterias de fluxo, baterias de íon-sódio e tecnologias de armazenamento de hidrogênio (amônia).
O termo "novo armazenamento de energia" refere-se a tecnologias de armazenamento que têm como principal função a geração de energia elétrica, excluindo o armazenamento hidrelétrico por bombeamento. Em comparação com o armazenamento hidrelétrico por bombeamento, as novas tecnologias de armazenamento de energia oferecem flexibilidade de localização, períodos de construção curtos, resposta rápida e diversas características funcionais.
As novas tecnologias de armazenamento de energia são amplamente aplicadas em diversos setores do sistema elétrico, alterando profundamente as características operacionais dos sistemas tradicionais. Elas se tornaram recursos indispensáveis para a operação segura, estável e econômica dos sistemas elétricos.
2. Armazenamento de energia mecânica
O armazenamento de energia mecânica inclui principalmente o armazenamento de energia por ar comprimido e o armazenamento de energia por volante.
Armazenamento de Energia por Ar Comprimido (CAES): O CAES utiliza o excedente de eletricidade durante períodos de baixa demanda para comprimir o ar, que é armazenado e posteriormente liberado durante os períodos de pico de demanda para gerar energia acionando uma turbina a gás. O CAES é adequado para aplicações em larga escala, como parques eólicos, devido à sua capacidade de reduzir os picos de demanda, mas requer condições geográficas específicas.
Armazenamento de energia por volante: Este método utiliza energia elétrica para acelerar um rotor colocado no vácuo, convertendo energia elétrica em energia cinética para armazenamento. O armazenamento de energia por volante caracteriza-se por curtos períodos de descarga e capacidades menores, sendo ideal para aplicações como sistemas de alimentação ininterrupta (UPS) e regulação de frequência. No entanto, sua densidade de energia é relativamente baixa, sustentando energia por apenas alguns segundos a minutos.
3. Armazenamento de energia eletroquímica
O armazenamento eletroquímico de energia é uma área importante que engloba diversos tipos de baterias:
Baterias de íon-lítio: A tecnologia de armazenamento eletroquímico mais madura e amplamente utilizada, atualmente em produção em larga escala, com o crescimento mais rápido e a maior participação de mercado.
Baterias de chumbo-ácido: Essas baterias possuem eletrodos feitos principalmente de chumbo e seus óxidos, com um eletrólito de ácido sulfúrico. Trata-se de uma tecnologia consolidada, com desempenho estável, porém com desvantagens como longos tempos de carregamento, alta poluição e vida útil curta.
Baterias de fluxo: Ainda em fase de demonstração, as baterias de fluxo podem ser classificadas, com base em seus sistemas eletrolíticos, em baterias de fluxo redox de vanádio, baterias de fluxo de zinco-ferro, baterias de fluxo de zinco-bromo e baterias de fluxo de ferro-cromo. As baterias de fluxo redox de vanádio são as mais comercializadas, enquanto as demais ainda estão em processo acelerado de industrialização.
Baterias de íon-sódio: Essas baterias utilizam a intercalação e desintercalação de íons de sódio entre o ânodo e o cátodo para carga e descarga. A tecnologia de íon-sódio ainda é experimental, passando por mais pesquisas e testes.
4. Armazenamento de energia eletromagnética
O armazenamento de energia eletromagnética inclui o armazenamento de energia magnética supercondutora (SMES) e o armazenamento de energia em supercapacitores, adequados para aplicações que exigem descarga rápida e alta potência.
Armazenamento de Energia Magnética Supercondutora (SMES): Armazena energia elétrica em um campo magnético com capacidades de carga/descarga rápidas e alta densidade de potência. Apesar da disponibilidade de produtos SMES comerciais para baixas e altas temperaturas, sua aplicação em redes elétricas permanece limitada devido ao alto custo e à complexa manutenção dos materiais supercondutores, mantendo-os na fase experimental.
Supercapacitores: Armazenam energia elétrica utilizando princípios eletrostáticos, com baixa resistência à tensão do material dielétrico. Portanto, os supercapacitores têm capacidade de armazenamento de energia limitada, baixa densidade de energia e altos custos de investimento.
5. Armazenamento de energia química
O armazenamento de energia química refere-se principalmente às tecnologias de armazenamento de hidrogênio. Estas convertem eletricidade intermitente ou excedente em hidrogênio por meio de eletrólise para armazenamento, que pode ser reconvertido em energia elétrica usando células de combustível ou outros dispositivos de geração quando necessário.
De acordo com o estudo "Development Path Research of Hydrogen Energy Storage Peak Shaving Stations" da Polaris, a eficiência atual de geração de energia dos sistemas de células a combustível de hidrogênio é de cerca de 45%. Considerando a perda de energia durante a eletrólise da água, a eficiência geral do sistema de geração de energia com armazenamento de hidrogênio é de aproximadamente 35%. Melhorar a eficiência de conversão de energia é um desafio crucial, e o desenvolvimento industrial em larga escala do armazenamento de energia de hidrogênio requer um tempo considerável.
