O armazenamento de energia por gravidade é um tipo de armazenamento de energia de longa duração. O potencial de desenvolvimento futuro desta tecnologia de armazenamento de energia mais duradoura e em maior escala é incomensurável.
1. Armazenamento de energia em gruas
Uma grua de 70 metros ergue-se no deserto sem fim. Seis braços mecânicos penduram cerca de 30 toneladas de tijolos, que caem lentamente de cima para baixo. Os tijolos são compostos por rejeitos de minas, cinzas de carvão e outros resíduos. Este é o primeiro protótipo de armazenamento de energia por gravidade localizado em Arbedo-Castione, na Suíça, e é uma grande iniciativa da Energy Valut.
Em 2022, a EV Company passará de torres altas para edifícios modulares de 20 andares (EVRC). Esta fortaleza de cristal construída como blocos de construção controla a entrada e saída de eletricidade através do processo mecanizado de "subida" e "descida" e de um sistema de gestão de energia para armazenar e libertar eletricidade.
2. Armazenamento de energia em elevadores
No ano passado, cientistas do Instituto Internacional de Análise Aplicada, na Áustria, propuseram o conceito de "elevador" tecnologias de armazenamento de energia (LEST). O armazenamento de energia em elevadores tem geralmente 2 locais de armazenamento interligados, um na base de um edifício alto e o outro no topo do edifício. A energia é recolhida quando o elevador desce e libertada quando o elevador sobe.
De um modo geral, quanto mais pesado for o objeto transportado pelo elevador, maior será a energia potencial gravitacional e maior será a energia eléctrica convertida. Por conseguinte, é necessário armazenar alguns objectos pesados no elevador.
Algumas pessoas dirão que isto é demasiado problemático: em primeiro lugar, os objectos pesados ocuparão o tempo e o espaço das pessoas e, em segundo lugar, o elevador tem de efetuar uma série de trabalhos de arrastamento para dentro e para fora, o que é simplesmente inviável.
De facto, não é esse o caso. O sistema de armazenamento de energia do elevador é muito inteligente. Determina a utilização diária do elevador. Quando o elevador é menos utilizado, ou durante um período de janela, são transportados objectos pesados, e o robô de reboque equipado também será responsável pela recolha de objectos pesados. Os objectos pesados são geralmente armazenados em alguns espaços remotos.
3. Armazenamento de energia nas minas
Em fevereiro deste ano, a mesma equipa austríaca acima referida propôs um sistema subterrâneo sistema de armazenamento de energia por gravidade (UGES) com base em minas. Quando os preços da eletricidade são elevados, a areia pode ser colocada em minas subterrâneas para gerar eletricidade. Quando os preços da eletricidade são baixos, a areia é retirada da mina para armazenar energia.
O sistema subterrâneo de armazenamento de energia por gravidade é um conjunto composto por poços, motores eléctricos, geradores, pontos de armazenamento superior e inferior e equipamento de mineração. Grupos geradores em ambos os lados do poço movem cada elevador para cima e para baixo, gerando eletricidade na descida e utilizando parte da energia na subida.
Para uma eficiência máxima, o elevador carrega areia à superfície, retira-a no fundo da mina e regressa vazio. Os elevadores também transportam parte da areia de volta à superfície quando há excesso de energia na rede.
De um modo geral, quanto mais profunda, mais larga e maior for a mina, maior será a capacidade de armazenamento de energia e maior será a potência disponível.
4. Armazenamento de energia nos caminhos-de-ferro
Em abril de 2016, a empresa americana de energia Advanced Rail Energy Storage (ARES) ganhou um projeto de $55 milhões do Nevada Bureau of Land Management para utilizar locomotivas ferroviárias para armazenamento de energia.
A empresa construiu um troço de seis milhas de via férrea em subida, com locomotivas de grande carga, feitas de betão maciço, cada uma pesando cerca de 4.300 toneladas e capaz de atingir uma velocidade máxima de 16 milhas por hora. Ao armazenar eletricidade, a eletricidade restante é utilizada para empurrar a locomotiva para a "estação" no topo da encosta, e a energia eléctrica é armazenada como energia potencial gravitacional; ao gerar eletricidade, a locomotiva é libertada para baixo, e a energia potencial gravitacional é convertida em energia eléctrica para começar a gerar eletricidade.
Estima-se que o custo de configuração deste sistema seja cerca de 60% do custo de uma central hidroelétrica por bombagem com desempenho equivalente e que a sua vida útil seja de 40 anos. A empresa também divulgou que a eficiência de conversão do sistema é tão alta quanto 86%.
5. Armazenamento de energia em teleféricos
À distância, o "armazenamento de energia por teleférico" parece um teleférico de montanha. A solução de armazenamento de energia por teleférico foi proposta pela primeira vez em 2019 e consiste em encostas íngremes, gruas, contentores de armazenamento (resíduos, areia e gravilha), cabos, etc.
O princípio do armazenamento de eletricidade é semelhante ao do "armazenamento de energia ferroviária". Ao armazenar eletricidade, a eletricidade restante é utilizada para acionar o motor para mover o teleférico cheio de areia e gravilha desde o fundo da encosta até ao topo da montanha, e a energia eléctrica é convertida em energia potencial gravitacional.
Na produção de eletricidade, o teleférico é baixado do topo da encosta para a base, e a energia potencial é convertida em energia eléctrica.
Além disso, também pode ser combinado com a energia hidroelétrica para encher o recipiente de armazenamento com água durante os períodos de pico de consumo de energia, o que pode conseguir um armazenamento de energia a longo prazo e armazenar continuamente energia durante vários meses. Os dados públicos mostram que a capacidade de armazenamento de energia pode atingir 0,5-20MWh, e a potência de produção de energia é de 500~5000kW.
6. Armazenamento de energia no mar profundo
Em 2016, o novo sistema de armazenamento de bombas oceânicas desenvolvido pelo Instituto Fraunhofer para a Energia Eólica e Tecnologia de Sistemas Energéticos (IWES) da Alemanha realizou o seu primeiro teste de água no Lago Constança, na fronteira alemã.
O princípio de funcionamento é o seguinte: uma esfera oca com um diâmetro de 30 metros, uma espessura de parede de 2,7 metros e uma capacidade de armazenamento de 12 000 metros cúbicos é colocada no fundo do mar e utiliza água do mar a alta pressão nas profundezas do mar para armazenar energia.
Ao armazenar energia, a água do mar é bombeada para fora da esfera por uma bomba eléctrica. Ao gerar eletricidade, a água do mar a alta pressão flui do tubo para a esfera oca, accionando a turbina para gerar eletricidade.
Nessa altura, os investigadores lançaram um teste de quatro semanas em águas profundas no Lago Constança. Os resultados experimentais mostram que, com o mesmo incremento de volume, a capacidade de armazenamento de energia aumenta linearmente com a profundidade. A uma profundidade de 700 metros, a capacidade de armazenamento de energia de um sistema de armazenamento de energia offshore com 30 metros de diâmetro é de aproximadamente 20 MWh.
Nas zonas costeiras, especialmente perto da costa em zonas densamente povoadas como a região do Mar de Bohai, existe um grande potencial para a utilização de sistemas de armazenamento por bombagem marítima.
7. Lâmpada de armazenamento de energia
O armazenamento de energia por gravidade não é apenas utilizado em armazenamento de energia industrial O objetivo da energia eléctrica não é apenas o de aumentar a eficiência energética, mas também o de explorar o espaço vital. Embora desfrutemos da comodidade da eletricidade, ainda há mais de 1,3 mil milhões de pessoas no mundo, cerca de 18% da população, que não têm acesso à eletricidade, e a maioria delas só pode contar com querosene para a iluminação. Alguém utilizou um sistema de armazenamento de energia por gravidade e inventou uma lâmpada de gravidade, que pode armazenar energia com apenas um tijolo.
A lâmpada de gravidade pendura um saco cheio de pedras e areia, que é puxado para baixo pela gravidade para acionar o dispositivo de produção de eletricidade. Se cair durante 3 segundos, pode produzir 25 minutos de luz. Este projeto ainda está a ser testado em 25 regiões do mundo. A entrada em comercialização está mesmo ao virar da esquina.
8. Armazenamento de energia por bombagem de água
O armazenamento hidroelétrico por bombagem é um método antigo e comum de armazenamento de energia, e o objeto pesado utilizado é a água natural. Através da conversão mútua da energia potencial da água e da energia eléctrica, o armazenamento e a conversão de energia são efectuados.
Tem grande capacidade de armazenamento (100-3000MW), alta eficiência (65-85%), longa vida (40-60 anos), e o ciclo de armazenamento de energia não é afetado por limitações e outras vantagens. Em 1882, a Suíça construiu a primeira central eléctrica de acumulação por bombagem do mundo. No futuro, a capacidade instalada de armazenamento hidroelétrico por bombagem continuará a crescer a nível mundial.
No entanto, problemas como a seleção do local, o desequilíbrio entre entradas e saídas e os procedimentos de aprovação complicados tornaram-se proeminentes, restringindo seriamente o desenvolvimento de centrais eléctricas por bombagem.
9. Resumo
O armazenamento de energia por gravidade é um tipo de armazenamento de energia a longo prazo. O potencial de desenvolvimento futuro desta tecnologia de armazenamento de energia de maior duração e em maior escala é incomensurável. Estas tecnologias de armazenamento de energia, aparentemente novas, podem efetivamente mudar o armazenamento global de energia num futuro próximo. Como adverte a política de armazenamento de energia recentemente publicada: sem armazenamento de energia a longo prazo, não será possível atingir a neutralidade carbónica.
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