Em armazenamento global de energiaA percentagem de energias renováveis na estrutura de produção de eletricidade continua a aumentar.
No entanto, isto também traz novos desafios. A aleatoriedade, a intermitência e a volatilidade da energia eólica e solar exerceram uma enorme pressão estrutural sobre o atual sistema de produção de energia.
A integração de grandes quantidades de energia eólica e solar no sistema conduzirá a frequentes excedentes e escassez de energia. Armazenamento de energia de longa duração tornou-se uma tecnologia fundamental para resolver o problema do acesso às energias renováveis
Este artigo explora várias vias técnicas, vantagens e desafios, e cenários de aplicação para o armazenamento de energia de longa duração.
Várias vias técnicas para o armazenamento de energia de longa duração
O armazenamento de energia de longa duração pode ser conseguido de várias formas, como o armazenamento de energia mecânica, o armazenamento de energia térmica, o armazenamento de energia eletroquímica, o armazenamento de energia química, etc.
(1) Armazenamento mecânico de energia: A tecnologia de armazenamento mecânico de energia mais madura é o armazenamento de energia hidroelétrica por bombagem, que representa 95% da capacidade total de armazenamento de energia a nível mundial.
No entanto, existem certos requisitos para a seleção das instalações e das estações. Estão agora a surgir novas instalações de armazenamento hidroelétrico por bombagem, como as bombas geomecânicas, para reduzir a dependência das condições geográficas.
Além disso, o armazenamento mecânico de energia inclui também o armazenamento de energia por ar comprimido, o armazenamento de energia por gravidade e o armazenamento de energia por ar líquido.
O armazenamento de energia do ar comprimido também tem em conta o armazenamento de energia térmica, que é utilizado para armazenar o calor gerado durante o processo de compressão e reutilizá-lo no ciclo de descarga; o armazenamento de energia por gravidade está atualmente nas primeiras fases de comercialização.
(2) Armazenamento de energia térmica: A tecnologia de armazenamento de energia térmica pode libertar eletricidade e calor ao mesmo tempo. A via técnica pode ser dividida em alteração da temperatura do meio, alteração do estado do material do meio, reação térmica termoquímica, etc.
Estas tecnologias utilizam meios como o sal fundido, betão, ligas de alumínio ou materiais rochosos para armazenar calor em contentores isolados. A via tecnológica mais utilizada é uma combinação de sal fundido e instalações de produção de energia solar concentrada (CSP).
(3) Armazenamento de energia química: armazenamento de hidrogénio, armazenamento de energia de gás natural, etc.
(4) Armazenamento eletroquímico de energia: Baseadas no armazenamento de energia de longa duração com base em reacções electroquímicas, as baterias de fluxo são uma via técnica.
As baterias de fluxo armazenam energia eléctrica em solventes químicos em tanques externos e carregam e descarregam através de membranas de permuta iónica. Ao mesmo tempo, armazenamento de energia de baterias de iões de lítio é também uma escolha muito competitiva.
Vantagens do armazenamento de energia de longa duração
O aumento da percentagem de produção de energia a partir de fontes renováveis provocará um crescimento da procura de armazenamento de energia para 8-12 horas ou mesmo mais, sendo também um mercado importante para o armazenamento de energia de longa duração.
A tecnologia de armazenamento de energia de longa duração apresenta principalmente as cinco vantagens seguintes:
(1) O custo marginal é baixo quando se trata de armazenar grandes quantidades de energia eléctrica.
(2) Dissociação de energia e potência.
(3) Modularização, escalabilidade, menos requisitos para localização de fábricas e estações e maior segurança.
(4) Não depende de elementos raros, tem baixos custos económicos e tem efeitos à escala industrial.
(5) Em comparação com a modernização e a expansão das redes de transmissão e distribuição, o período de construção é curto.
Cenários de aplicação do armazenamento de energia de longa duração
O armazenamento de energia de longa duração pode melhorar a flexibilidade do sistema elétrico, armazenando e libertando energia durante um período de tempo mais longo (>4h, ao longo de dias, semanas e estações). Os seus principais cenários de aplicação reflectem-se em quatro aspectos:
(1) Aplicação de armazenamento de energia intradiário: 4 a 12 horas de armazenamento de energia de longa duração para resolver o desequilíbrio entre a oferta e a procura de energia durante o dia.
(2) Aplicações de armazenamento de energia ao longo do dia e ao longo da semana: lidam principalmente com desequilíbrios de energia de média e longa duração causados por anomalias climatéricas de curto prazo (falta de luz, falta de água, etc.).
(3) Aplicação em várias estações do ano: Resolver o pico de procura de energia no inverno e a incerteza de longa duração do sistema elétrico causada pelas alterações climáticas.
(4) Lidar com fenómenos meteorológicos extremos.
Desafios do armazenamento de energia de longa duração
Existe uma grande lacuna técnica no armazenamento de energia de longa duração e o investimento deve ser aumentado para colmatar essa lacuna.
Embora as tecnologias de armazenamento de energia de longa duração sejam diversas, os vários métodos de armazenamento de energia têm diferentes limitações, o que dificulta a sua utilização generalizada em grande escala.
Tomemos como exemplo a bateria de fluxo. Caracteriza-se pela segurança, expansão flexível de acordo com as necessidades e longa vida útil. No entanto, o seu elevado custo é o maior desafio.
Atualmente, a China não estabeleceu um mecanismo de mercado de capacidade maduro, pelo que é difícil obter benefícios do valor da capacidade da nova armazenagem de energia através do mercado.
É igualmente necessário utilizar métodos científicos de conversão de capacidade para fornecer preços de capacidade ou compensações de capacidade correspondentes à duração.
Ao mesmo tempo, as variedades do mercado são aperfeiçoadas e o armazenamento de energia de longa duração é promovido para participar em mercados auxiliares, como o de reserva, a fim de apoiar proporções elevadas de consumo de energias renováveis e de redução das emissões de carbono.
Previsão da escala futura do armazenamento de energia de longa duração
Embora algumas tecnologias de armazenamento de energia de longa duração estejam ainda na sua fase inicial.
No entanto, no contexto da aceleração da transformação da energia, prevê-se que o armazenamento de energia de longa duração venha a dar origem a armazenamento de energia à escala da rede em todo o mundo a partir de 2025.
Prevê-se que a capacidade instalada cumulativa atinja 30-40GW (a capacidade total atinge 1TWh), o que representa 6-8 vezes a atual capacidade pública, e 95% da capacidade instalada é distribuída.
Em 2040, prevê-se que a capacidade instalada global de LDES se expanda para 1,5-2,5TW (a capacidade total atinge 85-140TWh), o que é aproximadamente 8-15 vezes a atual capacidade total instalada de armazenamento de energia.
Reduzirá as emissões de carbono em 1,5-2,3 mil milhões de toneladas por ano, o que representa 10%-15% das emissões do sector da energia.
A sua energia armazenada representará 10% da produção global de energia, com uma dimensão de mercado superior a $1 trilião de dólares. Isto significa também que, até 2040, o investimento acumulado em LDES atingirá 1,5 biliões e 3 biliões de dólares.
Resumo
Em resumo, o armazenamento de energia de longa duração é um componente essencial da transição energética atualmente em curso. À medida que avançamos em direção a um futuro mais sustentável, a necessidade de tecnologia de armazenamento de energia que possa fornecer energia durante longos períodos de tempo é mais importante do que nunca.
Embora subsistam desafios para a adoção generalizada do armazenamento de energia de longa duração, a tecnologia registará um crescimento significativo nas próximas décadas.
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