Aqui está uma coisa sobre energia renovável que ninguém lhe conta de antemão: o sol não brilha à noite e o vento não sopra na hora certa. Parece óbvio, certo? Mas este simples facto é na verdade uma das maiores dores de cabeça em toda a transição energética.
Pense nisso. A bateria do seu telefone acaba no pior momento possível-geralmente quando você tenta ligar para um Uber às 2h. Agora imagine esse problema, mas é toda a rede elétrica. É essencialmente com isso que estamos lidando quando falamos de energia renovável sem armazenamento.
O problema da incompatibilidade
Os painéis solares geram eletricidade quando o sol nasce. Pico de produção? Geralmente por volta do meio-dia. Mas quando é que a maioria das pessoas realmente precisa de eletricidade? De manhã cedo, quando todos estão fazendo café e se preparando para o trabalho, e novamente à noite, quando chegam em casa e começam a preparar o jantar, acender as luzes, assistir TV. As curvas não combinam em nada.
O vento tem suas próprias peculiaridades. Às vezes você recebe muito disso (na verdade, há casos em que os parques eólicos têm que fechar porque hádemaiseletricidade sendo gerada) e às vezes quase não há. Em algumas partes do Texas, a geração eólica pode passar de quase nada para suprir mais de 60% das necessidades de energia do estado na mesma semana.
É aqui que entra o armazenamento de energia. É basicamente um buffer-uma maneira de capturar eletricidade quando há bastante e guardá-la para mais tarde, quando você realmente precisar dela.
O que exatamente conta como armazenamento de energia?
O termo cobre muito mais terreno do que você imagina. Todo mundo pensa em “baterias” imediatamente e, claro, isso é uma grande parte disso. Mas o armazenamento de energia para energias renováveis inclui algumas abordagens diferentes:
Armazenamento hidrelétrico bombeadoexiste desde sempre-bem, pelo menos desde a década de 1890. O conceito é lindamente simples: quando você tiver eletricidade em excesso, use-a para bombear água morro acima até um reservatório. Quando você precisar de energia, deixe a água fluir de volta pelas turbinas. Ainda é a forma mais comum de armazenamento-em escala de rede em todo o mundo, representando cerca de 95% de todo o armazenamento de energia-em escala de serviços públicos. A desvantagem? Você precisa da geografia certa-montanhas, vales, muita água. Não posso exatamente construir um desses no Kansas.
Sistemas de bateriasão os novos garotos que estão nas manchetes. O íon-de lítio domina atualmente porque o boom dos veículos elétricos reduziu drasticamente os custos. Entre 2010 e 2023, os custos das baterias caíram cerca de 90%. Isso é uma loucura. Mas existem alternativas em desenvolvimento de baterias de íons de-sódio-(usando sal em vez de lítio), baterias de fluxo (onde o líquido-armazenador de energia é mantido em tanques e bombeado conforme necessário), até mesmo baterias de ferro-de ar que basicamente "respiram" o oxigênio da atmosfera.
Armazenamento de energia de ar comprimidofunciona como uma hidrelétrica bombeada, mas com ar em vez de água. Você comprime o ar e o armazena em cavernas subterrâneas quando a eletricidade é barata, e então o libera através de turbinas quando necessário. Ainda não existem muitos deles, mas o potencial existe.
Armazenamento térmicoé interessante porque não armazena eletricidade diretamente-ele armazena calor ou frio. As usinas de energia solar concentrada às vezes usam sal fundido para armazenar a energia térmica do sol. O sal permanece quente o suficiente (estamos falando de 500+ graus Celsius) para gerar vapor e acionar turbinas durante horas após o pôr do sol. Existem também sistemas que produzem gelo à noite, quando a eletricidade é barata, e depois usam esse gelo para resfriar edifícios durante a tarde quente.
Volantes, supercapacitores, hidrogênio-a lista continua. Cada tecnologia tem seu ponto ideal, dependendo da quantidade de energia que você precisa armazenar, de quanto tempo precisa armazená-la e da rapidez com que precisa descarregá-la.
Por que é importante (além do óbvio)
O armazenamento de energia não consiste apenas em manter as luzes acesas quando o sol se põe. Na verdade, resolve vários problemas ao mesmo tempo.
A estabilidade da rede é o grande problema com o qual as concessionárias se preocupam. As redes eléctricas precisam de manter um equilíbrio preciso entre a oferta e a procura a cada segundo. Muita oferta e a frequência aumenta; muito pouco e cai. De qualquer forma, coisas ruins acontecem aos equipamentos. Os sistemas de armazenamento podem responder em milissegundos para ajudar a manter esse equilíbrio. Algumas instalações de baterias na Austrália tornaram-se famosas pela sua capacidade de estabilizar a rede mais rapidamente do que as centrais eléctricas tradicionais.
Depois, há o ângulo econômico. Os preços da eletricidade flutuam ao longo do dia-às vezes drasticamente. Em locais com muita energia renovável, os preços podem ficar negativos durante períodos de muito sol ou vento porque há mais eletricidade sendo gerada do que a rede pode suportar. O armazenamento permite comprar (ou gerar) eletricidade quando ela é barata ou abundante e vendê-la de volta quando os preços disparam. Isso se chama arbitragem e está se tornando um verdadeiro modelo de negócios.
Para comunidades remotas ou ilhas, o armazenamento aliado às energias renováveis pode significar independência dos geradores a diesel. O diesel é caro para transportar, barulhento, poluente e requer manutenção constante. Um sistema de bateria solar-plus-pode ter altos custos iniciais, mas o combustível é gratuito para sempre.
A questão da escala
Uma das coisas complicadas sobre o armazenamento de energia é que um tamanho único definitivamente não serve para todos.
Na menor escala, você tem casas individuais com energia solar no telhado e uma bateria na garagem-talvez 10-15 quilowatts-hora de armazenamento, o suficiente para passar a noite ou fornecer backup durante uma interrupção. O Powerwall da Tesla é provavelmente o exemplo mais famoso, mas agora existem dezenas de concorrentes.
Passe para o nível comunitário e você poderá ter alguns megawatts{0}}horas atendendo um bairro ou cidade pequena.
Então você chega a instalações em escala-utilitária que são genuinamente massivas. A instalação de baterias de Moss Landing, na Califórnia, tem capacidade de 3.000 megawatts-horas. Para colocar isso em perspectiva, isso é suficiente para abastecer cerca de 225 mil residências durante quatro horas. E eles continuam expandindo isso.
A duração é tão importante quanto a capacidade. As baterias são ótimas para armazenar energia por algumas horas-isso é chamado de "armazenamento de curta duração". Mas e quanto ao armazenamento sazonal? E se você quiser economizar o excesso de energia solar do verão para usar no inverno? Isso requer tecnologias completamente diferentes e, honestamente, ainda não temos grandes soluções para isso. O hidrogênio é uma possibilidade, mas é caro e ineficiente.
Os desafios-do mundo real
O custo ainda é o desafio número um, embora tenha melhorado muito. Uma grande instalação de bateria pode custar US$ 300-400 por quilowatt-hora de capacidade. Isso caiu muito, mas ainda é caro quando se trata de escala de utilidade. E as baterias se degradam com o tempo – elas não duram para sempre.
Há também a questão da cadeia de abastecimento de materiais. Lítio, cobalto, níquel-a demanda está crescendo mais rápido do que as operações de mineração conseguem acompanhar. E muitos desses materiais vêm de locais com práticas trabalhistas ou padrões ambientais questionáveis. A indústria está correndo para encontrar alternativas ou desenvolver melhores métodos de reciclagem.
Permitir e regulamentar também podem ser um pesadelo. O armazenamento de energia é tão novo que muitos locais não têm regras claras sobre como ligar estes sistemas à rede, quem pode ser proprietário deles e como devem ser compensados. Algumas concessionárias veem o armazenamento como uma ameaça ao seu modelo de negócios, outras o adotam.
Depois, há o simples problema de física: perdas de conversão de energia. Ao carregar uma bateria, você perde um pouco de energia na forma de calor. Quando você descarrega, você perde mais. A eficiência-de ida e volta pode ser de 85-90% para baterias de íon de lítio, o que é muito bom, mas isso significa que você ainda está perdendo de 10 a 15% de sua energia. Para algumas outras tecnologias de armazenamento, as perdas são muito maiores.
Para onde as coisas estão indo
O impulso por trás do armazenamento de energia é real. As instalações globais estão crescendo exponencialmente. Só em 2023, o mundo adicionou algo em torno de 50 gigawatts de capacidade de armazenamento de bateria,-o dobro do ano anterior.
Estamos vendo inovação em lugares inesperados. As baterias dos automóveis estão ganhando uma segunda vida como armazenamento estacionário depois de não serem mais boas o suficiente para os veículos. A tecnologia do veículo-para{3}}a rede está em desenvolvimento, onde os carros elétricos podem realmente fornecer energia à rede quando necessário (seu carro basicamente se torna uma bateria sobre rodas).
O armazenamento-de longa duração é a próxima fronteira. Existem algumas ideias malucas por aí-armazenamento de energia usando blocos gravitacionais, armazenamento subaquático de ar comprimido, armazenamento de energia em ar líquido. Algumas delas funcionarão, muitas não, mas a experimentação está acontecendo.
A economia continua a melhorar à medida que os custos diminuem e à medida que mais locais colocam um preço nas emissões de carbono. Em alguns mercados, o armazenamento já é competitivo sem subsídios. Isso não era verdade há cinco anos.
O resultado final
O armazenamento de energia não é apenas um acessório-agradável-de se ter para energia renovável-ele está se tornando o que torna toda a transição possível. Sem armazenamento, você só pode adicionar uma certa quantidade de energia solar e eólica antes que a rede se torne instável. Com armazenamento, o teto é muito, muito mais alto.
Ainda estamos nos primeiros dias, na verdade. A tecnologia está melhorando rapidamente, os custos estão caindo e estamos constantemente descobrindo novas aplicações. Mas a proposta de valor básica é clara: o armazenamento transforma a energia renovável intermitente em energia fiável e despachável. E isso muda tudo.
A próxima década será fascinante de assistir. A combinação de energias renováveis baratas e armazenamento cada vez mais acessível já está a perturbar os mercados de electricidade em todo o mundo. Locais que eram 100% dependentes de combustíveis fósseis há cinco anos atingem agora regularmente 50%, 60% e até 70% de energia renovável em determinados dias. Isso parecia impossível há pouco tempo.
Ainda há muito trabalho a fazer-tecnológico, econômico e regulatório. Mas a trajetória é bastante clara. O armazenamento de energia para sistemas renováveis não é apenas o futuro; está rapidamente se tornando o presente.