Dispositivos modernos de armazenamento de energia, os tipos mais comuns de armazenamento de energia
Dispositivos de armazenamento de energia são sistemas que armazenam energia em diversas formas, como eletroquímica, cinética, potencial, eletromagnética, química e térmica, utilizando por exemplo células a combustível, baterias, capacitores, flywheels, ar comprimido, acumuladores hidráulicos, superímãs, hidrogênio, etc. .
Dispositivos de armazenamento de energia são um recurso importante e são frequentemente usados para fornecer energia ininterrupta ou para apoiar o sistema de energia durante períodos de instabilidade de curto prazo, além de desempenhar um papel importante em sistemas autônomos de energia renovável.
Os principais critérios para dispositivos de armazenamento de energia necessários para uma aplicação específica são:
- a quantidade de energia em termos de energia específica (em Wh · kg -1) e densidade de energia (em Wh · kg -1 ou Wh · l -1);
- energia elétrica, ou seja, carga elétrica necessária;
- volume e massa;
- confiabilidade;
- durabilidade;
- segurança;
- preço;
- reciclável;
- impacto no meio ambiente.
Ao escolher dispositivos de armazenamento de energia, as seguintes características devem ser consideradas:
- poder específico;
- capacidade de armazenamento;
- energia especifica;
- tempo de reação;
- eficiência;
- taxa de auto-descarga / ciclos de carregamento;
- sensibilidade ao calor;
- vida de carga-descarga;
- impacto no meio ambiente;
- custos de capital/operacionais;
- serviço.
Os dispositivos de armazenamento de energia elétrica são parte integrante dos dispositivos de telecomunicações (telemóveis, telefones, walkie-talkies, etc.), sistemas de energia de backup e veículos elétricos híbridos na forma de componentes de armazenamento (baterias, supercapacitores e células de combustível).
Os dispositivos de armazenamento de energia, sejam elétricos ou térmicos, são reconhecidos como tecnologias essenciais de energia limpa.
O armazenamento de energia a longo prazo tem grande potencial para um mundo onde a energia eólica e solar dominam a adição de novas usinas e substituem gradualmente outras fontes de eletricidade.
A energia eólica e solar só produzem em determinados momentos, então precisam de tecnologia adicional para ajudar a preencher as lacunas.
Em um mundo onde a parcela de geração de eletricidade intermitente, sazonal e imprevisível está aumentando e o risco de dessincronização com o consumo está aumentando, o armazenamento torna o sistema mais flexível ao absorver todas as diferenças de fase entre a produção e o consumo de energia.
Os acumuladores servem sobretudo de buffer e permitem uma gestão e integração mais fáceis das fontes de energia renováveis tanto na rede como nos edifícios, oferecendo alguma autonomia na ausência de vento e sol.
Em sistemas geradores, eles podem economizar combustível e ajudar a evitar ineficiências do gerador atendendo a carga durante períodos de baixa demanda de energia quando o gerador é menos eficiente.
Ao amortecer as flutuações na geração renovável, o armazenamento de energia também pode reduzir a frequência das partidas do gerador.
Em sistemas eólicos e a diesel com alta potência de penetração (onde a energia eólica instalada excede a carga média), mesmo uma quantidade muito pequena de armazenamento reduz drasticamente a frequência de partidas a diesel.
Os tipos mais comuns de dispositivos industriais de armazenamento de energia:
Dispositivos industriais de armazenamento de energia
Dispositivos de armazenamento de energia eletroquímica
As baterias, especialmente as baterias de chumbo-ácido, continuam sendo o dispositivo de armazenamento de energia predominante.
Muitos tipos de baterias concorrentes (níquel-cádmio, hidreto de níquel-metal, íons de lítio, enxofre de sódio, metal-ar, baterias de fluxo) superam as baterias de chumbo-ácido em um ou mais aspectos de desempenho, como vida útil, eficiência, densidade de energia , taxa de carga e descarga, desempenho em clima frio ou manutenção necessária.
Na maioria dos casos, no entanto, seu baixo custo por quilowatt-hora de capacidade torna as baterias de chumbo-ácido a melhor escolha.
Alternativas como volantes, ultracapacitores ou armazenamento de hidrogênio podem se tornar um sucesso comercial no futuro, mas são raras hoje.
As baterias de íons de lítio (Li-ion) são agora uma fonte de energia moderna para todos os dispositivos eletrônicos de consumo modernos. A densidade de energia volumétrica de baterias prismáticas de íons de lítio para eletrônicos portáteis dobrou para três vezes nos últimos 15 anos.
À medida que surgem várias novas aplicações para baterias de íon-lítio, como veículos elétricos e sistemas de armazenamento de energia, os requisitos de design e desempenho das células mudam constantemente e apresentam desafios exclusivos para os fabricantes tradicionais de baterias.
Assim, a alta demanda por operação segura e confiável de baterias de íons de lítio de alta energia e alta densidade de potência torna-se inevitável.
Aplicação de dispositivos de armazenamento de energia eletroquímica na indústria de energia:
Plantas de acumuladores, o uso de baterias para armazenar energia elétrica
Supercapacitores eletroquímicos
Supercapacitores são dispositivos de armazenamento de energia eletroquímica que podem ser totalmente carregados ou descarregados em segundos.
Com sua maior densidade de potência, menores custos de manutenção, ampla faixa de temperatura e ciclo de trabalho mais longo em comparação com as baterias secundárias, os supercapacitores receberam atenção significativa da pesquisa na última década.
Eles também têm uma densidade de energia maior do que os capacitores dielétricos elétricos convencionais.A capacidade de armazenamento de um supercapacitor depende da separação eletrostática entre os íons do eletrólito e os eletrodos de grande área de superfície.
A menor energia específica dos supercapacitores em comparação com as baterias de íon-lítio é um obstáculo ao seu uso generalizado.
Melhorar o desempenho dos supercapacitores é necessário para atender às necessidades de sistemas futuros, desde eletrônicos portáteis até veículos elétricos e grandes equipamentos industriais.
Supercapacitores em detalhe:
Ionistas (supercapacitores) — dispositivo, aplicação prática, vantagens e desvantagens
Armazenamento de energia de ar comprimido
O armazenamento de energia de ar comprimido é uma forma de armazenar energia produzida em um momento para uso em outro momento. Em escala de utilidade, a energia gerada durante os períodos de baixa demanda de energia (fora da ponta) pode ser liberada para atender os períodos de alta demanda (carga de ponta).
O armazenamento isotérmico de ar comprimido (CAES) é uma nova tecnologia que tenta superar algumas das limitações dos sistemas tradicionais (diabáticos ou adiabáticos).
Armazenamento de energia criogênica
A Grã-Bretanha planeja construir 250 MWh de armazenamento de ar liquefeito. Será conjugado com um parque de fontes de energia renováveis e compensará as suas interrupções.
O comissionamento está previsto para 2022. As unidades de armazenamento de energia criogênica funcionarão em conjunto com o Trafford Energy Park, perto de Manchester, onde parte da produção de eletricidade vem de painéis fotovoltaicos e turbinas eólicas.
Esta instalação de armazenamento compensará as interrupções no uso dessas fontes de energia renováveis.
O princípio de funcionamento desta instalação será baseado em dois ciclos de troca do ar condicionado.
A energia elétrica será usada para aspirar o ar e resfriá-lo a temperaturas muito baixas (-196 graus) até que se torne líquido. Em seguida, será armazenado em tanques grandes, isolados e de baixa pressão, especialmente adaptados para esse uso.
O segundo ciclo ocorrerá quando houver necessidade de energia elétrica. O líquido criogênico é aquecido por um trocador de calor para continuar a vaporização e retorná-lo ao estado gasoso.
A evaporação do líquido criogênico faz com que o volume do gás se expanda, o que aciona as turbinas que geram eletricidade.
Dispositivos de armazenamento de energia cinética
Um volante é um dispositivo mecânico rotativo que é usado para armazenar energia rotacional. O volante pode capturar energia de fontes de energia intermitentes ao longo do tempo e fornecer um fornecimento contínuo de energia elétrica à rede.
Os sistemas de armazenamento de energia do volante usam energia elétrica de entrada que é armazenada como energia cinética.
Embora a física dos sistemas mecânicos seja bastante simples (como girar um volante ou levantar pesos), as tecnologias que permitem que essas forças sejam usadas de maneira eficaz e eficiente são particularmente avançadas.
Materiais de alta tecnologia, os mais recentes sistemas de controle por computador e design inovador tornam esses sistemas adequados para aplicações reais.
Os sistemas UPS para armazenamento cinético comercial consistem em três subsistemas:
- dispositivos de armazenamento de energia, geralmente um volante;
- dispositivos de distribuição;
- um gerador separado que pode ser iniciado para fornecer energia tolerante a falhas sobre a capacidade de armazenamento de energia.
O volante pode ser integrado a um gerador de backup, o que melhora a confiabilidade ao conectar diretamente os sistemas mecânicos.
Mais sobre esses dispositivos:
Dispositivos de armazenamento de energia cinética para a indústria de energia
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