Sistemas de Armazenamento de Energia

Sistemas de Armazenamento de Energia
(Storage Systems)
Prof. Marcello Mezaroba
Novembro 2012
Objetivos:
• Assegurar a confiabilidade do sistema elétrico;
• Melhoria da qualidade da energia fornecida;
• Integração
com
fontes
renováveis
e
geração
distribuída;
• Permitir projeto dos geradores para operação abaixo da
demanda de pico;
Potência x Energia.
Formas de armazenamento:
• Elétrica: Supercapacitores e Supercondutores;
• Eletroquímica: Baterias convencionais e de fluxo;
• Cinética: Volantes de inércia (Flywheels);
• Potencial: hidroeléctricas , ar comprimido;
• Química: Hidrogênio, dissociação de amónia;
• Térmica: Aquecedores a água ou óleo;
Parâmetros Relevantes:
• Capacidade: Energia disponível após recarga (Wst);
• Energia Disponível: Potência máxima de descarga
(Pmax);
• Tempo de descarga: Razão entre a capacidade e
Energia disponível Ts=Wst/Pmax;
• Durabilidade: Número de ciclos de carga/descarga;
• Autonomia: Tempo máximo que o sistema pode operar
continuamente.
Aplicações:
Autonomia x aplicações:
Classificação das tecnologias
Baterias
Principais tipos de Baterias:
Existem diversos tipos de baterias, que diferem essencialmente nos materiais
usados para a ocorrência das reações químicas. Os sistemas de baterias
abrangem tanto tecnologias maduras e viáveis, tais como as ácidas de
chumbo, como novas tecnologias em diferentes estados de desenvolvimento,
tais como as de sódio e de cloreto de níquel-sódio.
Baterias
Baterias de chumbo ácido:
- Robustas
- Baixo custo
- Tempo de de vida útil aceitáveis
- Baixa densidade de potência e de energia
Baterias
Baterias de Níquel-cádmio:
- Robustas;
- Elevada densidade de potência;
- Efeito memória;
- Baixa densidade de energia;
- Toxidade do cádmio.
Baterias
Baterias de Hidretos Metálicos de Níquel:
- similares às de níquel-cádmio, mas com um absorvente de hidrogénio ligado
ao ânodo;
- Elevada densidade de energia;
- Baixo custo;
- Bom tempo de vida;
- Baixa toxidade.
Baterias
Baterias de Íons de Lítio:
- Aplicações de baixa potência (smartfones, rádios, etc);
- Elevada densidade de energia;
- Elevado rendimento;
- Elevado ciclo de vida;
Supercapacitores
Características:
- Um condensador armazena energia elétrica acumulando cargas positivas e
negativas, geralmente em duas placas paralelas separadas por um dieléctrico,
ou seja, mantendo um campo eléctrico entre as duas placas.
- Os supercapacitores armazenam energia elétrica entre duas séries de
condensadores porosos mergulhados em um eletrólito.
Bobinas supercondutoras (SMES - Superconducting Magnetic Energy Storage)
Características:
- Armazenam energia no campo magnético originado pelo fluxo de corrente
através de uma bobina em material supercondutor.
-Bobina supercondutora de grandes dimensões a uma temperatura Criogénica.
-Alto custo
Volantes de Inércia (Flywheels)
Características:
- Armazenam energia cinética numa massa inercial a grande velocidade;
- motor/gerador de ímãs permanentes acoplado a uma massa cilíndrica;
-Utiliza mancais com levitação magnética;
- reduzida manutenção, e longa vida útil;
- Aplicações de curta duração.
Ar Comprimido
Características:
- Funcionamento simples;
- Baixo rendimento;
- Grandes dimensões, geologia favorável;
Produção de Hidrogênio + Celulas Combustíveis;
Produção de Hidrogênio + Celulas Combustíveis;
Os processos de produção de hidrogénio incluem nomeadamente:
• Separação com vapor de gás natural (processo actualmente dominante);
• Oxidação parcial de gás natural (menos eficiente que o processo anterior);
• Gasificação de carvão;
• Gasificação de biomassa;
• Electrólise com electricidade obtida em:
• Centrais térmicas (carvão, fuel, gás natural, nuclear, etc.);
• Energias renováveis (eólica, energia solar fotovoltaica, ondas, etc.);
• Ciclos termoquímicos de alta temperatura:
• Solar térmica;
• Nuclear;
• Produção biológica.
Aplicações: Tempo de descarga x potência instalada:
Aplicações: Eficiência x tempo de vida:
Aplicações: Custos/potência/energia:
Referências
1. “Armazenamento de Energia”, ISR – Dep. de Engenharia Electrotécnica e de
Computadores. Universidade de Coimbra.
2. “Tecnologias de Armazenamento de Energia para Aplicações Elétricas”, J. I. San
Martin et al, Revista Eletricidade Moderna, agosto de 2012.
3. “ Look before you leep” , D. Manz, R. Piwko and N. Muller. IEEE Power &
Energy Magazine, Julho de 2012.