Armazenar Energia Eólica – Um novo estudo da Stanford University tenta mostrar que sobre o ponto de vista do custo total do ciclo de vida das baterias pode ser melhor para o meio ambiente paralisar temporariamente uma turbina eólica do que armazenar a eletricidade excedente que é gerada.
Um estudo comparativo feito por cientistas da Stanford University nos Estados Unidos tenta demonstrar que mega baterias convencionais são boas para estocarem energia solar, mas ainda temos que descobrir melhores tecnologias para o armazenamento eficiente de energia eólica.
Tudo acontece quando em certos momentos as usinas solares e eólicas geram mais eletricidade do que é demandada pelos consumidores. Nestes casos, armazenar o excedente de energia em baterias para uso posterior parece ser uma solução mais do que óbvia. Contudo, este estudo sugere que quando feito uma analise do ciclo de vida das baterias pode não sempre ser o caso. Antes sabíamos que sobre o ponto de vista estritamente econômico pode ser viável.
Neste estudo foram analisadas as baterias e outras tecnologias promissoras de armazenar energias solar e eólica e posterior uso na rede elétrica. O principal objetivo foi calcular seu custo energético global — ou seja, a quantidade total de combustível e de eletricidade necessária para construir e operar estas tecnologias de armazenamento, não só o custo de aquisição e implantação.
Os pesquisadores acharam que quando se leva em consideração os custos energéticos de estocagem em baterias em grade escala faz sentido armazenar energia solar em excesso, mas não armazenar energia eólica.
Armazenar Energia Eólica e seus Efeitos nas Mudanças Climáticas
A maioria da eletricidade nos Estados Unidos é gerada em usinas que funcionam a carvão e gás natural — combustíveis fósseis que quando não devidamente filtrados produzem emissão de grandes quantidades de dióxido de carbono. Solar e eólica são livres de emissões e são renováveis, mas dependem da existência de radiação solar ou ventos para operarem. Em outras palavras, não gostam de tempo nublado, noturno ou em calmaria.
Os cientistas afirmam que “para a grade elétrica funcionar de forma eficiente, as necessidades de abastecimento devem coincidir com demanda de energia em todos os tempos. Contudo, com as energias renováveis, a variação é sempre presente”. “Por exemplo,parques eólicos às vezes produzem demasiada eletricidade durante a noite, quando a demanda é baixa. Esse excesso de energia pode ser armazenado ou utilizado em outros lugares. Caso contrário será perdida”.
Uma ampla variedade de tecnologias estão sendo desenvolvidas para possibilitarem o armazenamento de energia renovável em grade escala. A equipe da Universidade de Stanford analisou várias tecnologias emergentes, incluindo cinco tipos de bateria — chumbo-ácida, lítio, sódio-enxofre, vanádio-redox e zinco-bromo.
Em um estudo anterior, os pesquisadores calcularam o custo energético da construção e manutenção de cada um dos sistemas de armazenamento em grade escala dos cinco tipos de bateria. Baterias de chumbo-ácido tinham o mais alto custo energético, lítio-íon o mais baixo.
“Calculamos quanta energia é utilizada ao longo do ciclo de vida completo da bateria — desde a extração de matérias-primas até a instalação do dispositivo acabado,” afirmam os cientistas. “Baterias com alto custo energético consomem mais combustíveis fósseis e, portanto, liberam mais dióxido de carbono durante sua vida útil. Se o custo energético de uma bateria é muito alto, sua contribuição total para redução das emissões de carbono é muito pequena.”
Para este estudo, os pesquisadores calcularam o custo energético de baterias em grade escala para armazenar eletricidade gerada por turbinas eólica e células solares fotovoltaicas. Não calcularam para energia solar termal concentrada, uma forma de energia solar que usa com grande sucesso megas sistemas de armazenamento de eletricidade em baterias térmicas. Normalmente imensos tanques de sal derretido a alta temperatura. Isto pode produzir eletricidade até dezoito horas após o escurecer, ou seja, 24 horas ao dia, sete dias por semana (24/7).
“Tanto as usinas eólicas como as fotovoltaicas fornecem mais energia do que o necessário para construir e mantê-las,” afirmam os pesquisadores . “No entanto, nossos cálculos mostraram que o custo energético total de turbinas eólicas é muito menor do que os painéis solares convencionais, que exigem muita energia, principalmente a partir de combustíveis fósseis, para processamento de silício e outros componentes de fabricação.”
Armazenar Energia Eólica e Solar – O que Fazer, Armazenar ou Restringir?
Em seguida, os cientistas olharam o custo energético de restringir a produção em momentos de produção maior do que a demanda – a prática de desligar os painéis solares e turbinas eólicas para reduzir a produção de eletricidade excedente da grade é prática comum quando não se tem armazenamento.
Os pesquisadores explicam que ” o cerceamento da energia renovável parece um desperdício, mas atualmente é o que ocorre na prática. Os operadores de rede restringem rotineiramente turbinas de vento para evitar um aumento repentino e inesperado de eletricidade em excesso que poderia sobrecarregar as linhas de transmissões e causar apagões.” É por isto que se observa turbinas eólicas paradas, enquanto outras estão a pleno vapor. As taxas de restrição nos EUA provavelmente aumentará a proporção que a energia renovável tornar-se mais prevalente.”
Desligando uma fonte limpa de energia elétrica parece uma grande contradição, mas sobre o ponto de vista de viabilidade econômica, o armazenar de energia eólica e solar excedentes usando baterias é uma alternativa que compensa?
Para responder esta indagação, os pesquisadores compararam o custo energético de cercear solar e eólica versus o custo energético de armazenamento em grade escala. Seus cálculos foram baseados em uma fórmula conhecida como “retorno sobre o investimento de energia” — a quantidade de energia produzida por uma tecnologia, dividida pela quantidade de energia que leva para construir e manter essa tecnologia.
Usando essa fórmula, os pesquisadores calcularam que a quantidade de energia necessária para criar uma usina solar comparada com a energia utilizada para construir cada uma das 5 tecnologias de bateria por unidade gerado e armazenada. “Usando baterias para armazenar energia solar durante os períodos de baixa demanda seria energeticamente favorável,” afirma o estudo.
Os resultados foram bastante diferentes para parques eólicos. Os cientistas encontraram que cercear .o poder do vento reduz a retorno sobre o investimento de energia em 10 por cento. Mas armazenar energia eólica excedente, em baterias as reduções são ainda maiores — de cerca de 20 por cento para baterias de lítio-íon para mais de 50 por cento de chumbo-ácido. Isto é, se gasta muito mais para armazenar do que se produz. É como você gastasse 1.o kWh para produzir e 1.5 kWh para armazenar o que produziu.
“Idealmente, o custo energético de armazenar uma unidade de energia renovável deve ser pelo menos igual ao que se gasta para armazená-la. Que é o caso da energia fotovoltaica, mas para parques eólicos, o custo energético de restrição ou parar a turbina é muito menor do que o de armazenamento usando bateria. Portanto, na verdade seria mais energeticamente eficiente bloquear uma turbina de vento do que armazenar a eletricidade excedente que ela gera.”
O estudo concluí que “não é sensato construir baterias energéticas caras para um recurso energeticamente mais barato como o vento, mas faz sentido para sistemas fotovoltaicos, que requerem muita energia para produzirem eletricidade.”
Eles afirmam que aumentar a ciclo de vida das baterias seria a maneira mais eficaz de melhorar o seu desempenho energético. Baterias de lítio-íon convencionais duram cerca de quatro anos, ou 6.000 ciclos de carga-descarga. Baterias de chumbo-ácido apenas cerca de 700 ciclos. Para armazenar eficientemente energia eólica na grade elétrica, baterias devem suportar ciclos de 10.000 a 18.000 ciclos de carga-descarga, segundo o estudo.
“Armazenar energia consome energia, e frear as turbinas também gasta energia,” afirmam. “Em ambos os casos, o resultado é uma redução no retorno total de energia do investimento.”
Armazenar Energia Eólica e Solar – Armazenamento Bombeado
Além de baterias, os pesquisadores consideraram outras tecnologias para o armazenamento de energia renovável, tais como hidrelétrica de armazenamento bombeado que usa eletricidade excedente para bombear água para um reservatório de uma represa. Mais tarde, quando a demanda por energia é alta, a água armazenada é liberada para mover turbinas abaixo da barragem para gerar eletricidade como uma hidroelétrica convencional.
Armazenamento bombeado hoje é usado em 99% do armazenamento na grade elétrica,” afirma o estudo.”Fantasticamente funciona do ponto de vista energética tanto para vento como solar. Sua energia de retorno sobre o investimento é 10 vezes melhor do que as baterias convencionais. Mas há restrições geológicas e ambientais nos locais onde armazenamento bombeado pode ser implantado”.
Armazenamento não é a única maneira de melhorar a confiabilidade da rede. “Energia que seria perdida durante os períodos de excesso pode ser usada para bombear água para irrigação ou carregar uma frota de veículos elétricos,” por exemplo, dizem os pesquisadores.
É importante é que a sociedade seja inteligente energeticamente para a implementação de novas tecnologias. “Os legisladores e os investidores precisam considerar o custo energético, bem como o custo financeiro das novas tecnologias,” afirmam os pesquisadores.
“Se o fator financeiro é o único foco, tecnologias que são menos dispendiosas mas requerem quantidades significativas de energia para o seu fabrico, manutenção e substituição vão ser usadas — mesmo que em última análise, aumentem as emissões de gases com efeito de estufa e anulem os benefícios a longo prazo da implementação de energia eólica e solar.”
“Nosso objetivo é entender o que é necessário para construir um sistema escalável de energia de baixa emissão de carbono analisando o ciclo de vida da tecnologia,” afirma o estudo. “Retorno sobre o investimento de energia é um dos parâmetros que lança luz sobre os potenciais obstáculos”. Este estudo oferece um caminho e orientação para análise do desempenho de futuras pesquisas sobre armazenar energia eólica e solar em grade escala.”
Este estudo foi publicado na edição online do journal Energy and Environmental Science
