Residências, empresas e outros estabelecimentos que dependem da energia eléctrica podem beneficiar de dispositivos de armazenamento de energia. À medida que são desenvolvidas mais opções para armazenar energia renovável, as vantagens do sistema tornam-se cada vez mais conhecidas. Em armazenamento global de energiaMuitos dispositivos de armazenamento de energia utilizam energia química para acompanhar o ritmo a que a energia é gerada.
Para armazenar e posteriormente libertar quantidades significativas de energia, os dispositivos de armazenamento de energia química baseiam-se em processos químicos. Podem ajudar a reduzir o desperdício de energia, aumentar a produtividade e poupar dinheiro.
O que são dispositivos de armazenamento de energia química, como funcionam e quais são as vantagens de os utilizar? Iremos responder a estas questões neste artigo, por isso continue a ler para saber mais sobre sistema de armazenamento de energia química.
Como é que podemos armazenar energia química?
A energia que está contida nas ligações entre átomos e moléculas é designada por energia química. Pode ser libertada ou absorvida quando ocorrem reacções químicas. A energia química é a energia armazenada nas ligações das moléculas e inclui combustíveis, baterias e biomassa.
Uma forma de armazenar energia química é utilizar baterias de lítio, que são frequentemente utilizadas em eletrónica móvel, veículos eléctricos e armazenamento na rede devido à sua capacidade de armazenar energia química. A energia química é convertida em energia eléctrica e armazenada nas baterias de lítio através de processos electroquímicos.
O que é um sistema de armazenamento de energia química?
Em termos simples, os sistemas de armazenamento de energia química utilizam fluxos e reacções químicas para armazenar energia. Os sistemas de armazenamento de energia química são a forma mais comum do mundo de armazenar energia limpa e renovável. As pilhas são um tipo de tecnologia de armazenamento de energia química de que provavelmente já ouviu falar e que pode até estar a utilizar neste momento.
Com os sistemas de armazenamento de energia química, é possível armazenar e utilizar energia para alimentar eficazmente os seus dispositivos electrónicos e, simultaneamente, poupar o excesso de energia. Existem diferentes exemplos de sistemas de armazenamento de energia química e, embora alguns tenham aplicações específicas, outros, como as baterias de iões de lítio, têm uma vasta gama de aplicações.
Tipos de sistemas de armazenamento de energia química
A lista de sistemas de armazenamento de energia química não tem fim, uma vez que surgem novas tecnologias de vez em quando. No entanto, vamos discutir os tipos comuns de sistemas de armazenamento de energia química:
● Pilhas recarregáveis: São dispositivos electroquímicos que armazenam energia eléctrica sob a forma de energia potencial química. As baterias de iões de lítio são as baterias recarregáveis mais utilizadas devido à sua elevada densidade energética, ciclo de vida prolongado, baixa taxa de auto-descarga e respeito pelo ambiente.
● Pilhas de combustível: As células de combustível são sistemas de armazenamento de energia química que convertem energia química diretamente em energia eléctrica. Combinam-se combustíveis como o hidrogénio, o metano e o metanol com um oxidante como o oxigénio ou o ar para gerar energia e água. São muito eficientes e emitem poucos poluentes, mas precisam constantemente de combustível e oxigénio.
● Baterias de fluxo: São sistemas de armazenamento de energia química que armazenam energia química em electrólitos líquidos que fluem através de tanques externos. Alguns exemplos de baterias de fluxo são as baterias de fluxo redox de vanádio, zinco-bromo, ferro-crómio e redox orgânico.
Quais são os prós e os contras do sistema de armazenamento de energia química?
Sabemos que todas as coisas boas têm um lado mau, e isso não exclui o sistema de armazenamento de energia química.
Prós:
● Elevada densidade energética: É possível armazenar grandes quantidades de energia em sistemas de armazenamento de energia química de tamanho portátil. Por exemplo, a densidade de energia de uma bateria de iões de lítio varia entre 0,46 e 0,72 MJ/kg, o que é muito superior à da hidroelétrica por bombagem, que varia entre 0,001-0,003 MJ/kg.
● Escalabilidade: Os sistemas de armazenamento de energia química têm a vantagem de serem facilmente escaláveis para responder a níveis de procura variáveis. Por exemplo, atualmente armazenamento modular de energia é muito popular. Os sistemas são fáceis de instalar e podem ser aumentados ou reduzidos em função das necessidades do utilizador.
● Eficiência: Tomando a bateria de iões de lítio de alta eficiência como exemplo, a atual tecnologia de baterias de lítio pode tornar a sua eficiência tão elevada como 90%. A eficiência do armazenamento de energia química é ainda relativamente elevada quando a tecnologia está madura.
● Amigo do ambiente: Se os sistemas de armazenamento de energia química forem combinados com a utilização de energias renováveis, podem ser produzidos combustíveis limpos e armazenados em segurança para utilização posterior. Isto reduz o impacto ambiental do sistema.
Contras:
● Custo de capital elevado: O investimento inicial e as despesas de instalação de sistemas de armazenamento de energia química são substanciais, especialmente para uso comercial ou industrial.
● Risco de perda de energia: Os sistemas de armazenamento de energia química perdem por vezes energia ao converterem eletricidade em combustíveis químicos e novamente em eletricidade. Cada etapa perde energia devido à termodinâmica, cinética ou cargas parasitas. Assim, os processos de transição perdem energia.
Quais são as aplicações do sistema de armazenamento de energia química?
Aqui estão cinco das aplicações mais comuns dos sistemas de armazenamento de energia química:
● Aplicações industriais: Uma vez que os sistemas de armazenamento de energia química são perfeitos para o armazenamento e distribuição de energia em grande escala, pode instalá-los para alimentar as indústrias. Desta forma, pode reduzir os custos de energia e as emissões enquanto produz em grandes quantidades.
● Transporte: Sabe qual é a última tendência no sector dos transportes? Chama-se veículo elétrico. Utilizamos sistemas químicos de armazenamento de energia, como as baterias de iões de lítio, para alimentar estes veículos.
● Equilíbrio da rede: Os sistemas de armazenamento de energia química armazenam o excesso de energia e podem libertar a energia necessária. Desta forma, a sua rede fica livre do risco de apagões, excesso de oferta e cortes de energia.
● Corte de picos: Os sistemas de armazenamento de energia química permitem-lhe evitar facturas de energia dispendiosas. Isto porque eles podem armazenar energia durante as horas de vazio e libertá-la quando mais precisa dela.
● Dispositivos portáteis de armazenamento de energia: Os seus bancos de potência e dispositivos UPS utilizam sistemas químicos de armazenamento de energia para poupar energia para utilização posterior.
Como é que os sistemas de armazenamento de energia química se comparam a outros tipos de armazenamento de energia?
Atualmente, existem diferentes tipos de sistemas de armazenamento de energia no mundo. Os sistemas de armazenamento de energia químicos, térmicos e mecânicos são os tipos mais comuns.
Em geral, os sistemas de armazenamento de energia química têm densidades mais elevadas do que as tecnologias de armazenamento de energia mecânica e térmica. São também mais eficientes do que outros sistemas de armazenamento de energia e podem armazenar energia durante períodos mais longos.
Além disso, os sistemas de armazenamento de energia química podem ser utilizados para mais aplicações do que os sistemas de armazenamento de energia térmica e mecânica. Por último, ao contrário de muitos outros sistemas de armazenamento de energia, é possível dimensionar os sistemas de armazenamento de energia química para satisfazer as suas necessidades específicas.
No entanto, os sistemas mecânicos de armazenamento de energia podem descarregar energia mais rapidamente do que os sistemas químicos de armazenamento de energia. Além disso, os sistemas de armazenamento de energia térmica têm uma vantagem na distribuição de energia sob a forma de eletricidade e calor.
Por conseguinte, a escolha do melhor depende das aplicações específicas.
Como podem os sistemas de armazenamento de energia química ser integrados na rede eléctrica?
A incorporação de dispositivos de armazenamento de energia química na rede eléctrica é uma estratégia para melhorar a resiliência, a adaptabilidade e a longevidade do sistema. É possível integrar sistemas de armazenamento de energia química na rede eléctrica de várias formas, cada uma optimizada para alguns casos. As abordagens possíveis incluem as seguintes:
Utilização de sistemas de armazenamento de energia química para equilibrar a oferta e a procura
Os sistemas de armazenamento de energia química são úteis para equilibrar o fornecimento intermitente e imprevisível de energias renováveis, como a solar e a eólica, com a procura igualmente imprevisível e flutuante dos clientes.
Os sistemas de armazenamento de energia química têm o potencial de melhorar a fiabilidade e a estabilidade da rede, absorvendo o excesso de energia durante os períodos de elevada oferta e libertando-a durante os períodos de elevada procura.
Utilização de sistemas de armazenamento de energia química para fornecer serviços auxiliares
A regulação da frequência, o controlo da tensão, a reserva giratória e o arranque livre são funções auxiliares que os sistemas de armazenamento de energia química podem oferecer à rede. Não é possível ter uma rede eléctrica fiável e segura sem estes serviços.
As baterias, por exemplo, podem carregar e descarregar energia rapidamente em resposta a alterações na frequência ou na tensão. São uma fonte de energia de reserva fiável num apagão ou noutra emergência.
Utilização de sistemas químicos de armazenamento de energia para reduzir as perdas na transmissão e distribuição
Ao manter a eletricidade perto do local onde é produzida ou utilizada, os sistemas de armazenamento de energia química podem reduzir as perdas de energia e o tráfego nas redes de transporte e distribuição. Isto pode também adiar ou impedir alterações ou crescimento dispendiosos da rede.
Como tornar os sistemas de armazenamento de energia química mais acessíveis?
Os sistemas de armazenamento de energia química, como as baterias e as células de combustível, são cruciais para as fontes de energia renováveis, como a energia solar e eólica. No entanto, o elevado custo destes sistemas constitui um obstáculo à sua adoção generalizada.
Para tornar os sistemas de armazenamento de energia química mais acessíveis, está a ser desenvolvida investigação em várias áreas:
Ciência dos materiais: Explorar novos materiais que sejam mais baratos e mais abundantes do que os materiais atualmente utilizados nos sistemas de armazenamento de energia.
Técnicas de fabrico:Desenvolver diferentes técnicas de fabrico que possam produzir sistemas de armazenamento de energia de forma mais eficiente e a um custo mais baixo.
Reciclagem e reutilização:O desenvolvimento de formas de reciclar e reutilizar os materiais dos sistemas de armazenamento de energia pode ajudar a reduzir os custos e os resíduos.
Se continuarmos a explorar estas áreas, podemos trabalhar no sentido de tornar os sistemas químicos de armazenamento de energia mais económicos e acessíveis a todos.
Como conceber um sistema de armazenamento de energia química?
Normalmente, recomendamos a contratação de um especialista para projetar o seu sistema de armazenamento de energia química para obter os melhores resultados. Além disso, a conceção das instalações de armazenamento de energia química depende das aplicações específicas.
Em primeiro lugar, é necessário identificar as necessidades energéticas específicas de cada aplicação antes de criar uma instalação de armazenamento de energia.
Depois de saber a quantidade específica de energia necessária e o tempo de fornecimento de energia para fazer funcionar a sua aplicação, escolha o sistema de armazenamento de energia química adequado.
Pode seguir os passos abaixo para conceber corretamente um sistema de armazenamento de energia química.
Etapa 1: Definir o objetivo e o âmbito do sistema
A primeira fase consiste em determinar a função principal do sistema, que pode ser o apoio à rede, a produção de energia ou o transporte. A capacidade energética, a potência de saída, a eficiência, o tempo de vida, a fiabilidade e a escalabilidade do sistema podem então ser determinados com base nesta informação. A colocação e ligação do sistema à rede ou a outros utilizadores finais, bem como a reação química e o combustível utilizado, serão todos afectados pela função e âmbito do sistema.
Passo 2: Formular um plano para o sistema de baterias
Na segunda fase, será importante investigar quais os materiais e tecnologias que proporcionarão ao sistema o mais elevado nível de desempenho, assegurando simultaneamente a sua viabilidade a longo prazo. Armazenamento de energia de baterias de iões de lítio será uma boa escolha devido ao excelente desempenho da sua bateria.
Etapa 3: Avaliar o desempenho e o custo do sistema
A terceira fase envolve a avaliação da eficácia e do custo do sistema por vários meios (como simulações, experiências e análise do ciclo de vida). O desempenho e o custo do sistema serão afectados por variáveis como a reação química e o combustível utilizados, o método de conversão de energia, as circunstâncias de funcionamento, as necessidades de manutenção e o efeito ambiental.
Etapa 4: Otimizar e melhorar a conceção do sistema
A fase final consiste em analisar o desempenho, a eficiência, a fiabilidade, a segurança e a relação custo-eficácia do sistema e determinar as melhorias que podem ser introduzidas. O objetivo é satisfazer as necessidades e os limites da aplicação, procurando o melhor equilíbrio entre as componentes técnicas e económicas do sistema.
Conclusão
É possível armazenar energia em ligações ou substâncias químicas, e já falámos sobre como isso é possível. Mas ao decidir se um sistema de armazenamento de energia química é adequado para si, considere a densidade energética, a adaptabilidade, o efeito ambiental e o custo.
Finalmente, fornecemos algumas orientações sobre as melhores práticas para a conceção de um sistema de armazenamento de energia química, a fim de o preparar para o sucesso quando implementar o novo sistema. Contactar-nos hoje mesmo se quiser incorporar este sistema como sua fonte de energia renovável.
+86 - 18925002618
