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5 Principais Vantagens do Novo Armazenamento de Energia de Longa Duração (LDES)

Atualmente, o setor energético global encontra-se em um estágio crítico de transição energética, de combustíveis fósseis para energias renováveis. No entanto, a crescente proporção de energia renovável na estrutura energética traz novos desafios. A aleatoriedade, a intermitência e a volatilidade da geração de energia eólica e solar criam uma pressão estrutural substancial sobre os sistemas elétricos existentes.

Grandes volumes de integração de energia eólica e solar podem levar a frequentes excedentes e escassez de energia. Se a proporção de novas instalações de energia continuar a aumentar, períodos de desequilíbrio energético podem durar vários dias ou até semanas. Além disso, com o aquecimento global como pano de fundo, eventos climáticos extremos podem aumentar a frequência das flutuações de energia.

Em resumo, nesta corrida de transição energética, o setor de energia enfrentará três desafios principais:

1. Desequilíbrio entre oferta e demanda de energia: situações de excedente e escassez de energia ocorrerão com mais frequência em um período de tempo mais longo.
2. Mudança no modelo de transmissão e distribuição de energia: a transição da transmissão e distribuição de energia tradicionais para um modelo distribuído e interativo entre fonte, rede e carga resultará em aumentos significativos de custos para atualizações da rede.
3. Perda de inércia mecânica do sistema e reserva rotativa: a maioria das fontes de energia renováveis não tem a inércia mecânica dos geradores tradicionais, o que reduz a capacidade geral de regulação da frequência da rede e reduz ainda mais a estabilidade da rede.
4. A nova tecnologia de armazenamento de energia de longa duração (LDES) é essencial para resolver os desafios da nova integração energética.

LDES: A chave para resolver os desafios das energias renováveis

Como bateria de íons de lítio o armazenamento é amplamente implantado no setor de energia, mas suas desvantagens, principalmente problemas de segurança e baixa economia para aplicações de armazenamento de longa duração (> 4h), surgem gradualmente.

O novo LDES pode melhorar a flexibilidade dos sistemas de energia, armazenando e liberando energia por um período mais longo (> 4 horas, ao longo de dias, semanas e estações do ano). Seus principais cenários de aplicação são vistos em quatro áreas:

1. Armazenamento durante o dia: o armazenamento de longa duração de 4 a 12 horas resolve o desequilíbrio entre oferta e demanda de energia durante o dia.
2. Armazenamento durante o dia e a semana: lida principalmente com anomalias climáticas de curto prazo (falta de luz solar, escassez de água, etc.), levando a desequilíbrios de energia a médio e longo prazo.
3. Aplicação entre estações: resolve o pico de demanda de energia no inverno e as incertezas de longo prazo no sistema elétrico causadas pelas mudanças climáticas.
4. Resposta a eventos climáticos extremos.
5. O novo LDES pode ser alcançado por meio de várias rotas tecnológicas.

O LDES pode ser alcançado usando várias tecnologias

Os cenários de aplicação mencionados acima exigem que o novo LDES atenda aos requisitos técnicos de armazenamento intradiário, multidiário, multissemanal e multiestação, além de ser mais competitivo em termos de economia, segurança e escala de capacidade.

Isso exige que o novo LDES possa ser escalonado de forma flexível para manter o fornecimento de energia por várias horas, dias ou até semanas, reduzindo o uso de matérias-primas metálicas raras (como níquel, cobalto e manganês, necessários para baterias de íons de lítio), compensando assim as deficiências dos sistemas de baterias de íons de lítio para armazenamento de longa duração. O novo LDES pode ser alcançado por vários meios, como armazenamento mecânico, térmico, eletroquímico e químico.

1. Armazenamento mecânico: A tecnologia de armazenamento mecânico mais madura é o armazenamento bombeado, responsável por 951 TP3T da capacidade total de armazenamento global, mas apresenta certos requisitos para a seleção do local da usina. Novas instalações de armazenamento bombeado, como bombas de água geomecânicas, podem reduzir sua dependência das condições geográficas. Outros armazenamentos mecânicos incluem armazenamento por ar comprimido, armazenamento gravitacional e armazenamento por ar líquido. O armazenamento por ar comprimido também abrange o armazenamento térmico, armazenando o calor gerado durante o processo de compressão para reutilização no ciclo de descarga; o armazenamento gravitacional está em estágios iniciais de comercialização.
2. Armazenamento térmico: A tecnologia de armazenamento térmico pode liberar eletricidade e calor simultaneamente. As rotas tecnológicas podem ser divididas em alteração da temperatura do meio, alteração do estado do material do meio e reação térmica termoquímica, etc. Essas tecnologias utilizam meios como sal fundido, concreto, liga de alumínio ou material rochoso para armazenar calor em um recipiente isolado. A rota tecnológica mais comumente utilizada combina sal fundido com instalações de energia solar concentrada (CSP).
3. Armazenamento químico: inclui armazenamento de hidrogênio e armazenamento de gás natural.
4. Armazenamento eletroquímico: Em termos de armazenamento de longa duração baseado em reações eletroquímicas, as baterias de fluxo são uma tecnologia relativamente madura. As baterias de fluxo armazenam energia elétrica em um solvente químico em um tanque externo, e a carga e a descarga são realizadas por meio de uma membrana de troca iônica.

As novas baterias de fluxo de ar-metal utilizam principalmente recursos abundantes e de baixo custo, como metal, ar e água. Apresentam escalabilidade e menores custos de instalação do sistema. As baterias de fluxo híbridas possuem um eletrólito líquido e um ânodo metálico, combinando as características das baterias de fluxo tradicionais e das baterias metálicas.

O LDES tem 5 vantagens principais sobre outras formas de armazenamento de energia

A crescente proporção de geração de energia renovável aumentará a necessidade de armazenamento por períodos de 8 a 12 horas ou até mais. Isso representa um mercado importante para o novo armazenamento de energia de longa duração (LDES). Comparada às baterias de lítio, a nova tecnologia LDES apresenta as cinco vantagens a seguir:

1. Menor custo marginal ao armazenar grandes quantidades de energia elétrica.
2. Energia e potência são dissociadas, permitindo um projeto e operação mais flexíveis do sistema.
3. Design modular e escalável, com menos requisitos de local e segurança aprimorada.
4. A tecnologia não depende de elementos raros, resultando em menores custos econômicos e benefícios de efeitos em escala industrial.
5. Ciclo de construção mais curto em comparação à atualização e expansão de redes de transmissão e distribuição, permitindo implementação e integração mais rápidas na rede elétrica.

Diante de cenários de aplicação complexos do lado da transmissão, da rede e do usuário, os cenários de aplicação do novo Armazenamento de Energia de Longa Duração (LDES) podem ser divididos principalmente nas cinco áreas a seguir:

1. Armazenamento de energia e reserva de capacidade para otimizar a rede de transmissão e distribuição. Essa vantagem ajuda a reduzir o desperdício e maximizar o uso da energia gerada.
2. Otimizar o fornecimento de energia elétrica em áreas remotas e melhorar a instabilidade da rede. Isso poderia aumentar significativamente a confiabilidade do fornecimento de energia em áreas que tradicionalmente enfrentam dificuldades com fornecimento consistente.
3. Apoiar a estabilidade e a segurança de instalações off-grid/microrredes, como sistemas de energia isolados. Isso pode ser crucial para locais remotos ou isolados, onde a conexão à rede convencional é impraticável.
4. Participe do mercado spot de eletricidade e gerencie a qualidade da eletricidade: isso ajuda as empresas a reduzir os custos de eletricidade, a se proteger contra flutuações de preços de eletricidade e combustível e a obter operações ecologicamente corretas.
5. Participe de serviços auxiliares da rede para melhorar a estabilidade da rede: alguns sistemas LDES têm inércia rotativa e podem participar da regulação de frequência e de outros serviços auxiliares.

Espera-se que o armazenamento de energia de longa duração (LDES) tenha um crescimento em larga escala

Embora algumas novas tecnologias LDES ainda estejam em estágios iniciais, no contexto da transição energética acelerada, o Conselho Internacional de Armazenamento de Energia de Longa Duração (Conselho LDES) e a McKinsey preveem que o LDES começará a ter instalações em larga escala no mundo todo a partir de 2025. A capacidade instalada acumulada deve atingir 30-40 GW (capacidade total de 1 TWh), o que é de 6 a 8 vezes a capacidade pública atual, com 951 TP3T das instalações sendo distribuídas.

Até 2030, com a taxa de penetração de energia renovável prevista para atingir 60%-70%, a capacidade instalada acumulada do LDES deverá atingir 150-400GW (capacidade total de 5-10TWh).

Até 2040, projeta-se que a capacidade instalada global de LDES aumente para 1,5-2,5 TW (capacidade total de 85-140 TWh), aproximadamente 8-15 vezes a capacidade total de armazenamento atual. Isso reduziria as emissões de carbono em 1,5-2,3 bilhões de toneladas por ano, representando cerca de 10%-15% das emissões atuais do setor elétrico.

A energia armazenada representará 10% da produção global de eletricidade, com um mercado que ultrapassa um trilhão de dólares americanos. Isso também significa que, até 2040, o investimento acumulado em LDES atingirá de 1,5 a 3 trilhões de dólares americanos. Em 2021, o investimento acumulado em grandes empresas de LDES atingiu 2,5 bilhões de dólares americanos, quase dobrando nos últimos quatro anos.

No geral, o aumento da participação de energia renovável promoverá significativamente a capacidade de instalação e o desenvolvimento do mercado de sistemas de energia renovável descentralizada (LDES). O ponto em que a energia renovável representará de 60% a 70% da participação de mercado no sistema elétrico poderá ser um marco fundamental para o desenvolvimento de sistemas de energia renovável descentralizada (LDES).

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