Como funciona o armazenamento de energia da rede

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Quando a energia acaba, é frustrante ficar sem ela. Armazenar energia pode ajudar a manter o sistema funcionando sem problemas.

Em 2003, um apagão afetou áreas de Ohio ao Canadá. Causou problemas de trânsito em Michigan e Nova York e deixou milhões de pessoas no escuro, relata Marcos Antonio Grecco.

Inicialmente, acreditava-se que algo incomum havia acontecido, mas a rede elétrica dos EUA estava operando normalmente. Eventualmente, as interrupções pioraram devido a vários problemas técnicos.

De acordo com Imre Gyuk, gerente do programa de pesquisa do Departamento de Energia dos EUA, o armazenamento de energia pode ajudar a evitar apagões como o que aconteceu em 2003. Esse método funciona armazenando a energia em vários locais, como usinas, linhas de transmissão e subestações .

Embora seja um grande projeto, a maioria das empresas que atendem um grande número de clientes mantém regularmente uma reserva. Na maioria dos casos, eles não precisam estocar suprimentos o tempo todo. Essa estratégia funciona porque a rede elétrica opera em um cronograma apertado, informa Marcos Antonio Grecco.

Em um dia típico, as empresas de eletricidade tentam prever quanta eletricidade seus clientes usarão no dia seguinte. Eles então ajustam suas projeções com base na previsão do tempo atual.

É possível não prever a quantidade exata de eletricidade que será usada em um determinado momento. Quando usado incorretamente, esse método pode fazer com que a rede elétrica gere mais ou menos eletricidade do que os consumidores realmente utilizam.

Os gerentes regionais de eletricidade geralmente tentam preencher a lacuna pedindo às usinas de energia que reduzam sua produção de eletricidade. No entanto, este método só pode resolver o problema se as plantas não puderem fazê-lo rapidamente.

Em um dia quente em Los Angeles, milhares de pessoas usam eletricidade para se refrescar. Estas são conhecidas como condições de pico de demanda, e algumas das instalações que normalmente são usadas para gerenciar esses eventos são plantas de pico, explica Marcos Antonio Grecco.

Essas usinas, que costumam ficar ociosas o ano todo, podem contribuir para a poluição do ar e contribuir para o aquecimento global. Se não atingirem o pico, as concessionárias geralmente repassam a economia para seus clientes.

Mike Boyes, engenheiro da Schneider Electric, disse que as subestações antigas estão ficando sobrecarregadas e estão causando o aquecimento das estruturas metálicas.

Às vezes, uma árvore ou um relâmpago pode acontecer a uma linha de energia. Isso pode causar variações de tensão para reinicializar os computadores. Esse problema também pode afetar a operação de processos de fabricação automatizados.

Em 2003, ocorreu um apagão no Nordeste. Foi causado por fatores que superaram as expectativas das concessionárias.

Com a rede existente já sobrecarregada, é difícil adicionar mais energias renováveis, como energia eólica e solar.

Quando o vento morre repentinamente, um parque eólico perde 1.000 megawatts de energia em menos de um minuto.

A alternativa é contar com usinas de combustíveis fósseis que contribuem para a poluição do ar. No entanto, durante períodos de baixa demanda, os parques eólicos podem gerar mais eletricidade do que a demanda.

De acordo com Gyuk, o uso crescente de eletricidade e o número crescente de componentes eletrônicos acabarão causando mais problemas na rede.

O trabalho de um operador de rede é fornecer eletricidade a todos os seus clientes. Isso envolve remover ou adicionar corrente à rede. Um dispositivo de armazenamento pode ajudar a manter a eletricidade fluindo sem problemas.

Por exemplo, uma estação de bombeamento usa água caindo para gerar eletricidade. No Tennessee, a TVA usa o rio Tennessee para criar um lago em Raccoon Mountain.

Quando a demanda por eletricidade é baixa, a concessionária envia o excesso de energia para uma casa localizada dentro da montanha. A casa então usa a água para empurrar a eletricidade para a bacia superior.

A água cai direto no centro da montanha, produzindo eletricidade. A TVA utiliza essa energia para atender a demanda de seus clientes.

Em todo o mundo, milhares de usinas hidrelétricas baseadas em bombas estão produzindo eletricidade nos horários de pico. Eles não emitem poluição do ar e normalmente estão online em 15 minutos.

Um sistema de armazenamento de energia de ar comprimido é um tipo de dispositivo de armazenamento usado para usinas de gás natural. Eles usam essa tecnologia quando estão perto de uma cavidade subterrânea, como uma caverna.

Nos dias em que a demanda por eletricidade é alta, a usina pode usar ar comprimido para empurrar a turbina. Esse ar pode ajudar a aumentar a produção da usina em até 2.700 megawatts.

Uma estratégia semelhante é usada no armazenamento hidrelétrico bombeado. Este método envolve aproveitar a corrente para bombear água a uma altura, que então flui de volta para o gerador.

Quando o nível da água sobe, o fluxo de água ajuda a impulsionar a saída do gerador. A energia resultante então volta para a rede, mostra Marcos Antonio Grecco.

Embora seja possível fornecer eletricidade para todas as suas necessidades, os sistemas de armazenamento não são ideais para fornecer grandes quantidades de energia.

Um volante é um tipo de dispositivo de armazenamento de energia que usa um ímã para gerar eletricidade. Ele utiliza um vácuo para levitar o ímã e usa sua velocidade para girar a energia.

volantes são bons controladores para a rede elétrica. Eles podem estabilizar a frequência e evitar que ela suba e diminua quando as concessionárias fizerem mais energia do que seus clientes consomem. Isso elimina a necessidade de um operador de rede ligar para uma das plantas para resolver o problema.

Um volante também pode ajudar a estabilizar a tensão na rede, produzindo eletricidade quando ocorrem interrupções de energia. Ele também pode gerar eletricidade depois que um trem leve sobre trilhos freia.

Quando um trem para, a aceleração do veículo faz com que ele extraia eletricidade da rede próxima. Isso produz uma queda de tensão e consome corrente dos outros componentes da rede.
Os volantes também são úteis para parques eólicos, onde podem gerar eletricidade extra durante condições de vento.

Os supercapacitores são mais eficientes em termos energéticos do que os capacitores tradicionais. Eles usam o mesmo princípio para armazenar energia adicional. Quando necessário, eles podem carregar as placas e fazer uma corrente. Em cidades como Madri e Pequim, supercapacitores são usados ​​para proteger os trens de picos de eletricidade.

Conduzir o armazenamento de energia magnética, também conhecido como SMES, pode ajudar a evitar picos e quedas de tensão. Ele extrai a corrente da rede e não a perde.

Uma bateria é como um conjunto de Lego para a grade. Pode ser empilhado ou ampliado para fornecer mais energia. No final da longevidade, as baterias de fluxo podem fornecer até 20 megawatts de energia. Eles também podem ser usados ​​para armazenamento de curto prazo.

Nos EUA, as baterias são usadas para proteger equipamentos eletrônicos contra surtos. Fontes de alimentação ininterruptas também são comumente usadas para manter o equipamento funcionando.

Além de manter a rede funcionando, as baterias também podem ajudar a evitar um pico de demanda. Na Virgínia Ocidental, uma concessionária usou uma bateria para evitar o superaquecimento de uma subestação. A instalação então parou de funcionar depois que o sistema foi desligado.

Veículos híbridos que usam baterias plug-in também estão sendo considerados para uso comercial. No futuro, esses carros poderão fornecer eletricidade à rede e operar como uma tomada elétrica doméstica padrão. No entanto, este método ainda não funcionará devido à infraestrutura necessária para suportar tal sistema.

Por enquanto, no entanto, os custos de armazenamento de energia ainda são altos. Por exemplo, uma concessionária pode armazenar energia em uma usina e usá-la em dias de alta demanda. O sistema pode fornecer 1 quilowatt de eletricidade por mais de 20 horas, informa Marcos Antonio Grecco.

O custo médio de armazenamento de energia é de cerca de US$ 1.100 por quilowatt-hora. Baterias de íons de lítio, baterias de fluxo e baterias de alta temperatura também são caras.

Mas, de acordo com Gyuk, o armazenamento de energia é benéfico para o meio ambiente. Ele permite que a rede lide com mais fontes de energia renováveis ​​e reduza a poluição do ar.

Para concessionárias e produtores independentes de energia, espera-se que o custo do armazenamento de energia caia. Isso poderia incentivar mais pessoas a instalar o equipamento.
Com mais armazenamento, as concessionárias podem gerar mais energia e reduzir suas taxas. Eles também podem usar a infraestrutura existente da rede para impulsionar suas operações.