Que soluções inovadoras e robustas para o armazenamento de eletricidade?

O armazenamento da eletricidade permite controlar os fluxos de energia renovável e equilibrar a rede elétrica. Existem várias tecnologias de armazenamento, cada uma com suas vantagens e limitações. Panorâmica de um setor em pleno crescimento graças à onda de inovações.

Em um contexto de tensões internacionais e de perturbações do mercado global de energia, a Comissão Europeia apresentou seu plano “REPowerEU”, em maio de 2022, com três metas: economizar energia, produzir energia limpa e diversificar as fontes de abastecimento de energia. Este plano “se baseia em medidas financeiras e legais para construir as novas infraestruturas e sistemas energéticos de que a Europa precisa”, salientou Bruxelas.

REPowerEU faz parte de uma trajetória mais ampla de transição energética ao nível europeu, e até mesmo global. Ele completa o programa “Fit for 55” (uma série de medidas destinadas a reduzir as emissões de gases de efeito estufa da Europa em pelo menos 55% até 2030).

“A questão do armazenamento é uma condição prévia para a transição energética”, enfatiza Markus Popp, diretor da marca Omexom na VINCI Energies, especialista em redes elétricas de grande porte.

A questão do armazenamento é fundamental, não apenas por conta da eletrificação da mobilidade e dos processos industriais, mas por conta também da evolução da matriz de eletricidade com a integração de novas fontes de eletricidade, como a energia solar e eólica. “Acontece que estas energias renováveis [ENR] são por definição intermitentes porque estão sujeitas às variações no vento e no sol”, acrescenta Markus Popp.

Enquanto as energias renováveis permanecerem limitadas na matriz energética, as técnicas de otimização da rede elétrica permitem lidar com esta intermitência. Mas as metas internacionais de redução da participação da eletricidade baseada no carbono estão mudando a situação. Sem esquecer a evolução dos usos: como a geração de eletricidade tende a se descentralizar, o desenvolvimento do autoconsumo individual e coletivo requer a possibilidade de usar a produção excedente do dia nos momentos de maior consumo.

“A questão do armazenamento é uma condição prévia para a transição energética.”

O armazenamento da eletricidade é importante porque fornece uma solução para equilibrar a produção e o consumo. Mas a eletricidade é difícil de armazenar. Ela tem que ser convertida em outra forma, em energia mecânica, térmica ou química (ver caixa “As diferentes tecnologias de armazenamento”). Entretanto, cada tecnologia de armazenamento tem seus limites. “Hoje, são as baterias íon-lítio e o hidrogênio que oferecem o maior potencial de desenvolvimento“, observa Frank Westphal, diretor-geral do Polo Indústria e Infraestrutura da VINCI Energies Alemanha.

Tecnologias em diferentes patamares de maturidade

As baterias atendem a uma necessidade de armazenamento de várias horas a vários dias, para potências e quantidades de energia baixas a médias. Várias tecnologias de baterias estão maduras: baterias de íon-lítio, sódio-enxofre, chumbo-ácido e níquel-cádmio. Outras, como as baterias de sódio-íon e grafeno, ainda estão em fase de desenvolvimento e devem permitir superar certas limitações atuais, como a otimização do tempo de carga, a capacidade de armazenamento e o uso de materiais menos raros.

“As baterias LFF (lítio-ferro-fosfato) são particularmente promissoras”, afirma Arnaud Banner, gerente de Técnica e Inovação na Omexom. Seus componentes são mais ecológicos do que os das baterias de íon-lítio porque podem prescindir do níquel e do cobalto. Hoje, estas baterias são a tecnologia dominante para o armazenamento estacionário”. Inicialmente, seu uso não era adaptado aos veículos elétricos por conta de sua baixa densidade energética. Desde então, foram aprimoradas e, por exemplo, a Tesla Motors anunciou que seu último Megapack não continha níquel nem cobalto.

Por enquanto, para o armazenamento com baterias, há três eixos de desenvolvimento na França: o “Projeto RINGO”^(*) proposto pela RTE, as baterias “atrás do medidor” em casas particulares, e os próprios carros elétricos (ver a caixa “Armazenar energia com o veículo elétrico”).

A promessa do hidrogênio

Por último, vem o hidrogênio, uma solução “química” promissora para o armazenamento de energia em larga escala, mas também para veículos elétricos. Produzido através da eletrólise da água, o hidrogênio pode ser comprimido em uma forma gasosa, líquida ou sólida. Se o processo de transformação for alimentado por fontes de energia renováveis, o hidrogênio se torna uma energia verde que permite a descarbonização de certos setores, particularmente na indústria e nos transportes.

Outra aplicação do armazenamento de hidrogênio é a conversão da eletricidade em gás, ou power-to-gas (P2G), que consiste em aproveitar a eletricidade renovável excedente para produzir hidrogênio por eletrólise da água. O hidrogênio é então armazenado ou misturado com o sistema de gás natural para reduzir seu teor de hidrocarbonetos.

Até 2050, a participação da eletricidade na matriz energética global deverá mais que dobrar, passando de 19% hoje para 45%, dos quais 40% de origem solar e 29% eólica. Ou seja, o desafio crucial será o do armazenamento.

As diferentes tecnologias de armazenamento

Hoje existem diferentes sistemas de armazenamento de eletricidade:

• Armazenamento “gravitacional” de massa de água com as estações de transferência de energia por bombeamento (STEP)
• Armazenamento “termodinâmico” com os sistemas de armazenamento por ar comprimido
• Armazenamento de energia cinética com “volantes de inércia”
• Armazenamento “eletroquímico” com baterias ou armazenamento químico sob a forma de hidrogênio

Na França, a tecnologia STEP e o armazenamento de energia por ar comprimido têm um potencial de desenvolvimento limitado. A tecnologia do volante de inércia, por outro lado, permite apenas um tempo de armazenamento muito breve e uma quantidade limitada de energia armazenada. O armazenamento eletroquímico, em compensação, oferece mais possibilidades.

Armazenar energia com o veículo elétrico

Um carro permanece ocioso durante 95% de sua vida útil, e o veículo elétrico requer em média menos de 80% de sua capacidade de bateria para a condução diária. Quando conectado à rede inteligente, e graças à energia armazenada em sua bateria, um carro elétrico estacionário poderia, assim, tornar-se temporariamente um fornecedor de eletricidade. Ele poderia contribuir para o abastecimento das residências, particularmente durante períodos de alta demanda de eletricidade. Esta tecnologia, conhecida como “vehicle-to-grid, veículo para rede” (V2G), permite que o proprietário do veículo seja remunerado pelo uso temporário de sua bateria.

*O conceito de “linha virtual” consiste em equilibrar o armazenamento e o desarmazenamento a cada momento: quando uma linha da rede está saturada, uma bateria armazena o excesso de eletricidade a montante dessa linha.

13/10/2022